AD604雙通道、超低噪聲可變增益放大器技術手冊

概述
AD604是一款超低噪聲、精度極高、雙通道、線性dB可變增益放大器(VGA)，針對超聲應用中基于時間的可變增益控制進行了優(yōu)化，但同樣支持任何要求低噪聲、寬帶寬、可變增益控制的應用。AD604的每個通道均提供300 k?輸入電阻和單極性增益控制，使用方便。用戶自定義的增益范圍、增益調(diào)整比例(dB/V)和輸出直流電平轉(zhuǎn)換則使性能進一步得到優(yōu)化。
數(shù)據(jù)表：*附件：AD604雙通道、超低噪聲可變增益放大器技術手冊.pdf

AD604的每個通道均采用高性能前置放大器，折合到輸入端的噪聲電壓為0.8 nV/√Hz。借助差分輸入指數(shù)放大器(DSX-AMP)架構，AD604可實現(xiàn)精度極高的線性dB響應。每個DSX-AMP均內(nèi)置6.908 dB至48.36 dB可變衰減器，后接高速固定增益放大器。該衰減器為7級R-1.5R梯形網(wǎng)絡。

線性dB增益響應的方程式為：

G (dB) = (增益調(diào)整比例 (dB/V) × VGN (V))

• (前置放大器增益 (dB) – 19 dB)

5和10之間的前置放大器增益(14 dB和20 dB))，使每通道的總增益范圍為0 dB至48 dB和6 dB至54 dB。通過旁路第二通道的前置放大器，便可以將AD604的兩個通道級聯(lián)起來，以提供更高的增益范圍。不過，在多通道系統(tǒng)中，將AD604與AD60x VGA系列中不包含前置放大器的其它器件級聯(lián)起來，則可以提供更有效的解決方案。AD604提供對前置放大器輸出的訪問，從而可以在前置放大器與差分衰減器級之間進行外部濾波。

注意，比例因子最高可達40 dB/V，但比例因子超過30 dB/V時精度會降低。比例因子為20 dB/V時，增益線性dB調(diào)整的控制電壓(VGN)范圍為0.4 V至2.4 V。如果高于或低于此增益控制范圍，增益就會偏離理想的線性dB控制法則。0.1 V以下的增益控制區(qū)域不用于增益控制。事實上，當增益控制電壓小于50 mV時，放大器通道進入省電模式，功耗為1.9 mA。

AD604采用24引腳SSOP、SOIC和PDIP封裝，保證工作溫度范圍為?40°C至+85°C。

應用

• 超聲和聲納時間增益控制
• 高性能AGC系統(tǒng)
• 信號測量

特性

• 最大增益時具有超低輸入噪聲：
  0.80 nV/√Hz，3.0 pA/√Hz
• 兩個獨立的線性dB通道
• 每通道可編程絕對增益范圍：
  0 dB 至 48 dB (前置放大器增益 = 14 dB)
  到6 dB 至 54 dB(前置放大器增益= 20 dB)
• 增益精度：±1.0 dB
• -3 dB帶寬：40 MHz
• 300 kΩ輸入電阻
• 可變增益調(diào)整比例：20 dB/V至40 dB/V
• 增益不隨溫度和電源變化而變化
• 單端單極性增益控制
• 在增益控制下限時電源關斷
• 直接驅(qū)動ADC

框圖

引腳配置描述

典型性能特征

工作原理

AD604是一款雙通道可變增益放大器（VGA），帶有超低噪聲前置放大器。圖37展示了其中一個通道的簡化框圖。每個通道的電路由一個帶增益設置電阻（R5、R6和R7）的放大器，以及一個單電源X - AMP（以下簡稱DSX，即差分單電源X - AMP ）組成，包括以下部分：

• 精密無源衰減器（差分梯形）
• 增益控制模塊
• 帶電源分壓電阻（R3和R4）的VOCM緩沖器
• 帶增益設置電阻（R1和R2）的有源反饋放大器（AFA）。要了解有源反饋放大器拓撲結(jié)構，請參考AD830數(shù)據(jù)手冊。AD830是該原理的實際應用示例。

前置放大器由±5V電源供電，而DSX使用單+5V電源。AD604的dB線性增益響應一般可由以下公式描述：

每個通道可提供0dB至54.4dB的增益，具體取決于用戶確定的前置放大器增益。增益在0dB至40dB范圍內(nèi)與dB呈精確線性關系，而增益誤差在范圍的頂部和底部會增加。前置放大器的增益通常為14dB或20dB，但可設置為中間值（有關詳細信息，請參閱“前置放大器”部分）。DSX的增益可在 - 14dB至+34.4dB之間變化，由增益控制電壓（VGN）決定。VREF輸入設置增益縮放：對于有用的增益縮放范圍，VREF電壓分別為2.5V和1.25V時，對應的增益縮放為20dB/V和40dB/V。例如，如果前置放大器增益設置為14dB，VREF設置為2.5V（以實現(xiàn)20dB/V的增益縮放），增益公式簡化為：

通過將單極性增益控制（VGN）設置為其標稱工作范圍內(nèi)的電壓（0.25V至2.65V，對應20dB/V增益縮放），可實現(xiàn)所需增益。增益在0.1V至2.9V范圍內(nèi)相對于增益控制電壓呈單調(diào)變化。在VGN為2.9V時可實現(xiàn)最大增益。

VREF和VOCM輸入為兩個通道共用。它們經(jīng)過去耦處理，以最大程度減少通道間串擾。為實現(xiàn)最高的增益縮放精度，VREF應具有外部低阻抗電壓源。對于低精度20dB/V應用，VREF輸入可通過電容接地去耦。在此模式下，增益縮放由V+和GND之間的中點決定；因此，應注意將電源電壓控制在±5V以內(nèi)。看向VREF引腳的輸入電阻為1kΩ ± 20%。

DSX部分的AD604是單電源電路，VOCM引腳用于確定電路此部分的中點直流電平。VOCM引腳通常僅需一個接地的外部去耦電容，以將其置于電源電壓（5V，GND）之間的中點。但是，如果輸出的直流電平對用戶很重要（例如，對于AD9050 10位、40MSPS ADC的總諧波失真（THD）部分），則可以調(diào)整VOCM?？聪騐OCM引腳的輸入電阻為45kΩ ± 20%。