ADL5331 1MHz至1.2GHz VGA，30dB增益控制范围技术手册

概述
ADL5331是一款高性能、电压控制可变增益放大器/衰减器，适合频率最高为1.2 GHz的应用。信号路径的平衡结构可以使信号摆幅达到较大，并消除共模噪声，将失真降至较低，同时也能降低在低增益和高频率条件下寄生耦合引起的寄生前馈风险。

50 Ω差分输入系统将施加于INHI和INLO的差分电压转换为一对具有高线性度和良好共模抑制的差分电流。然后，信号电流施加于一个专有电压控制衰减器，在线性dB接口的控制下精确定义整体增益。GAIN引脚接受0 V（最小增益）至1.4 V（全增益）的电压，在大部分范围内比例因子为40 mV/dB。

高精度宽带衰减器的输出施加于差分互阻输出级。该输出级在OPHI和OPLO上提供差分输出，必须利用射频扼流圈或中心抽头巴伦将其拉高至电源电压。

ADL5331的功耗为240 mA（包括输出引脚），采用4.75 V至5.25 V单电源供电。通过将逻辑低输入施加于ENBL引脚，可以启动省电功能。省电模式下的功耗为250 μA。

ADL5331采用Analog Devices, Inc.（简称ADI）专有高性能、互补双极性IC工艺制造，提供24引脚(4 mm × 4 mm)、LFCSP_VQ无铅封装，额定工作温度范围为?40°C至+85°C。同时提供评估板。
数据表：*附件：ADL5331 1MHz至1.2GHz VGA，30dB增益控制范围技术手册.pdf

应用

• RF和IF发射与接收功率控制
• 有线电视分配

特性

• 电压控制放大器/衰减器
• 工作频率：1 MHz至1.2 GHz
• 针对输出功率控制进行优化
• 高线性度OIP3：47 dBm (100 MHz)
• 输出本底噪声：?149 dBm/Hz（最大增益）
• 输入阻抗：50 Ω
• 输出阻抗：20 Ω
• 宽增益控制范围：30 dB
• 线性dB增益控制功能：40 mV/dB
• 单电源电压：4.75 V至5.25 V

框图

引脚配置描述

典型性能特征

操作理论

ADL5331是一款高性能压控可变增益放大器/衰减器，适用于频率高达1.2GHz的应用。

该器件旨在用作输出可变增益放大器（OVGA），用于在输入电平相当恒定的应用中调整输出信号幅度。OVGA的一个缺点是，输出指标（如输出三阶截点OIP3和1dB压缩点OP1dB）会随着增益降低而减小。

整个器件的信号路径采用全差分设计，以发挥差分信号传输的常见优势，包括减少辐射、降低寄生反馈，以及降低对与其他电路共模干扰的敏感度。图14展示了ADL5331的简化原理图。

通过无源和有源（基于反馈）端接技术的组合，可实现50Ω的受控输入阻抗。需注意，跨导（Gm）级的输入在内部有直流偏置，通常在输入端口需要隔直电容，以免影响放大器的工作。

Gm级产生的电流随后以精心控制的方式注入平衡梯形衰减器中，注入区域的位置取决于施加的增益控制电压。通过专有方式控制电流注入梯形衰减器的流向，以实现dB线性增益控制和低失真。

通过在增益控制引脚施加0V直流至1.4V直流的电压来实现dB线性增益控制，电压最高时增益最大。

输出端采用一个固定增益的跨阻放大器（TZA）来提供增益，并缓冲梯形衰减器的负载阻抗。TZA采用负反馈来改善线性度，并提供受控的50Ω差分输出阻抗。输出级由输出电平检测器提供偏置，当信号电平高于阈值时，该检测器为输出级提供偏置。

ADL5331的输出需要外部直流偏置至正电源电压。这种偏置通常通过外部电感提供。输出信号最好以差分方式采集，以避免常见的模式噪声；如有必要，也可从任一输出端单端采集。

输出阻抗为20Ω差分阻抗，可驱动从小于20Ω到大于75Ω的各种阻抗。如果需要，可通过一个焊盘将输出阻抗匹配到所需水平。

如果仅使用一个输出端，仍需为未使用的输出引脚提供偏置，并且建议在未使用的输出端设置一个合理的等效负载，例如50Ω。在几乎所有情况下，都需要在输出信号路径中使用隔直电容。

在高增益设置下，噪声本底由输入级决定，此时器件的噪声系数（NF）基本与增益设置无关。在低于某个特定增益设置时，衰减器引入的输入等效噪声会超过输出级噪声。因此，在增益低于临界值时，器件的整体噪声系数会以dB为单位变差，因为增益降低了。

应用信息

基本连接

图15展示了ADL5331的基本工作连接方式。需有两个正电源，即VPS1和VPS2，它们必须连接到相同电位。将COM1和COM2（公共引脚）连接到低阻抗接地层。在VPS1和VPS2之间施加4.75V至5.25V的电源电压。在每个电源引脚附近连接100pF和0.1μF的电源去耦电容。由于VPS2引脚（引脚13和引脚18至引脚22）彼此靠近，它们可共用一对去耦电容。

ADL5331的输出OPHI和OPLO为开路集电极，需要通过120nH射频扼流圈上拉至正电源。交流耦合电容和射频扼流圈体现了低频下的工作限制原理。例如，要工作到1MHz，需使用0.1μF交流耦合电容和1.5μH射频扼流圈。需注意，在某些情况下，使用大得多的电感值会导致振荡。

由于实际输出偏置为正电源，因此在ADL5331输出与系统中下一阶段之间需要交流耦合电容（最好为100pF ）。同样，INHI和INLO输入需要偏置在比地电位高约3.3V的电压上。

每个单独的射频输入/输出引脚的标称输入和输出阻抗为25Ω。因此，差分阻抗为50Ω。

要使ADL5331工作，ENBL引脚必须拉高。将ENBL拉低会使ADL5331进入睡眠模式，在室温下将电流消耗降至250μA。使能器件时，ENBL引脚的电压应至少为1.7V。在最大增益时，器件在低增益下的电流消耗为100mA，在高增益下为215mA。

ADL5331主要为差分信号设计；不过，也有几种配置可用于实现ADL5331的单端接口。图16和图17展示了差分转单端接口的两种配置选项。每种配置都在输入/输出端使用交流耦合电容，在输出端使用射频扼流圈。

图16展示了使用变压器巴伦实现输入和输出的差分平衡。建议使用输入和输出巴伦以实现ADL5331的最佳性能。巴伦完成后，需进行1:1阻抗匹配。使用M/A - COM ETC1 - 13传输线变压器巴伦可实现宽带接口；不过，对于要求在较窄带宽内插入损耗更低的应用，可使用窄带巴伦。