RF中穩(wěn)定閉環(huán)自動功率控制設計

電路功能與優(yōu)勢

本文所述電路利用一個VGA(ADL5330)和一個對數(shù)檢波器(AD8318)提供閉環(huán)自動功率控制。由于AD8318具有較高的溫度穩(wěn)定性，而且AD8318 RF檢波器可確保ADL5330 VGA的輸出端具有同樣水平的溫度穩(wěn)定性，因此該電路在整個溫度范圍都能保持穩(wěn)定。該電路還增加了對數(shù)放大器檢波器，用來將ADL5330從開環(huán)可變增益放大器轉(zhuǎn)換為閉環(huán)輸出功率控制電路。AD8318與ADL5330一樣，具有線性dB傳遞函數(shù)，因此Pout對設定點傳遞函數(shù)也遵循線性dB特性。

圖1：ADL5330與AD8318配合在自動增益控制環(huán)路中工作

電路描述

雖然可變增益放大器ADL5330可提供精確的增益控制，但利用一個自動增益控制(AGC)環(huán)路也可以實現(xiàn)對輸出功率的精密調(diào)節(jié)。圖1顯示在AGC環(huán)路中工作的ADL5330。增加對數(shù)放大器AD8318后，該AGC在較寬的輸出功率控制范圍具有更高的溫度穩(wěn)定性。

ADL5330 VGA要在AGC環(huán)路中工作，必須將輸出RF的樣本反饋至檢波器（通常利用一個定向耦合器并增加衰減處理）。DAC將設定點電壓施加于檢波器的VSET輸入，同時將VOUT與ADL5330的GAIN引腳相連。根據(jù)檢波器的VOUT與RF輸入信號之間明確的線性dB關系，檢波器調(diào)節(jié)GAIN引腳的電壓（檢波器的VOUT引腳為誤差放大器輸出），直到RF輸入的電平與所施加的設定點電壓相對應。 GAIN建立至某一值，使得檢波器的輸入信號電平與設定點電壓之間達到適當平衡。

AGC環(huán)路中工作的ADL5330與AD8318的基本連接如圖1所示。AD8318是一款1 MHz至8 GHz精密解調(diào)對數(shù)放大器，提供較大的檢波范圍(60 dB)，溫度穩(wěn)定性為±0.5 dB。ADL5330的增益控制引腳受AD8318的輸出引腳控制。電壓VOUT的范圍為0 V至接近VPOS。為避免過驅(qū)恢復問題，可以用阻性分壓器按比例縮小AD8318的輸出電壓，以便與ADL5330的0 V至1.4 V增益控制范圍接口。

利用一個23 dB的耦合器/衰減器，可以讓所需的VGA最大輸出功率與AD8318線性工作范圍的上限（900 MHz時約為?5 dBm）相匹配。

檢波器的誤差放大器利用以地為參考的電容引腳CFLT對誤差信號（電流形式）進行積分。必須將一個電容與CFLT相連，用來設置環(huán)路帶寬，并確保環(huán)路穩(wěn)定性。

圖2顯示針對900 MHz正弦波和?1.5 dBm輸入功率，輸出功率與VSET電壓在整個溫度范圍的傳遞函數(shù)關系曲線。請注意，AD8318的功率控制為負向式。減小VSET相當于要求ADL5330提供更高的信號，因此一般會提高增益(GAIN)。

圖2：ADL5330輸出功率與AD8318設定點電壓關系曲線，PIN = -1.5 dBm

AGC環(huán)路能夠控制接近ADL5330完整60 dB增益控制范圍的信號。在通常極為重要的最高功率范圍內(nèi)，其溫度性能最精確。在輸出功率的最高40 dB范圍內(nèi)，整個溫度范圍的線性一致性誤差在±0.5 dB范圍內(nèi)。

對數(shù)放大器所帶來的寬帶噪聲可忽略不計。

為使AGC環(huán)路保持均衡，AD8318必須跟蹤ADL5330輸出信號的包絡，并向ADL5330的增益控制輸入提供必要的電平。圖3所示為圖1中 AGC環(huán)路的示波器屏幕截圖。將采用50% AM調(diào)制的100 MHz正弦波施加于ADL5330。ADL5330的輸出信號為恒定的包絡正弦波，其振幅與AD8318的設定點電壓1.5 V相對應。圖中還顯示了AD8318對不斷變化的輸入包絡的增益控制響應。

圖3：顯示AM調(diào)制輸入信號的示波器屏幕截圖

圖4顯示AGC RF輸出對VSET脈沖的響應。當VSET降至1 V時，AGC環(huán)路以RF突發(fā)脈沖予以響應。響應時間和信號積分量由AD8318 CFLT引腳上的電容控制，這與積分放大器周圍的反饋電容類似。電容增加將導致響應速度變慢。

圖4：顯示ADL5330輸出的示波器屏幕截圖

常見變化

該電路可以用來實現(xiàn)恒定功率輸出功能（固定設定點、可變輸入功率）或可變功率輸出功能（可變設定點、固定或可變輸入功率）。如果所需的輸出功率控制范圍較窄，可以用AD8317（功率檢波范圍：50 dB）或AD8319 （功率檢波范圍：45 dB）代替AD8318對數(shù)放大器（功率檢波范圍：60 dB）。對于恒定輸出功率功能，最低動態(tài)范圍檢波器(AD8319)已足夠用，因為環(huán)路將始終把檢波器的輸入功率伺服至恒定水平。

針對發(fā)射應用進行優(yōu)化的ADL5330 VGA可以用AD8368VGA代替，后者針對最高800 MHz的低頻接收應用進行了優(yōu)化，并提供34 dB線性dB電壓控制可變增益。