对数放大器AD8310的介绍

　　1.产品特性：

　　①多级解调对数放大器；②电压输出，上升时间小于15ns；③承受大电流的能力为1dBV～+4dBV；④单电源：2.7 V，电流：8 mA(典型值) ；⑤工作频率：直流至440 MHz，线性度：±0.4 dB ；⑥斜率:25mV/dB，截距：-108dBV；⑦缩放高度稳定，不随温度而变化；⑧完全差分直流耦合信号通道；⑨上电时间:100 ns，休眠电流:1 mA ；

　　AD公司生产的AD8310是一种高速电压输出型对数放大器，输出、解调频率范围为DC～440MHz。是一款基于渐进压缩(逐次压缩)技术的400 MHz完整单芯片解调对数放大器，在频率为100 MHz时可提供95 dB(±3 dB法则一致性)和90 dB(±1 dB紧误差界限)的动态范围。该器件极其稳定且易于使用，基本不需要外部元件，AD8310是要求较高的精密中频信号测量应用的理想选择。

　　2.内部结构

　　为AD8310的结构框图。内含六个串联的放大器/限幅器，且每个放大器/限幅器的小信号增益均为14.3dB，在900MHz时带宽为-3dB。图中的6个主放大器/限幅器以及与它们相连的全波检测器用来处理整个动态范围低2/3部分的信号，其余的信号由剩余的3个检波器处理。级放大器输出低噪声的谱密度。以上几部分的偏置有两个参考：一个决定它们的增益，另一个决定对数斜率并稳定电源和湿度浮动的带隙电路。AD8310通过ENBL的COMS兼容电平来置位和复位。它使用了9个检测器，检波范围从-91dBV～+4dBV（，即±40μV～±2.2V我们定义rms为1V的正弦波的幅值为0dB）。截止电压为-108dBV，并以独立的供电电压和独立的湿度作为标定参数。输出的差动电流模式汇合后被转换成单边模式（理论标定值为2μA/dB），经过3kΩ的负载阻抗后，将其输出电压由一高速的4倍增益缓冲放大器放大，从VOUT输出，其斜率为24mV/dB。没有进入缓冲的电压则允许经过一定的函数关系调整后进入BFIN，包括附加在外部的后置解滤波电容以及斜率、截止电压的改变等。增益的包括偏置敏感电路，并产生双极性输出电流，经OFLT处的片内电容积分，输出的电压用于消除级输出中的从偏置。由于该电压没有涉及信号输入处的连接，所以没有在反馈回路上引入额外的电极，从而保证了偏置校准回路的稳定。100MHz时对数线性度的典型值在±0.4dB以内，仅稍在于440MHz时的线性度。在较轻负载时，输出电压的上边界低于电源电压200mV；下边界受到噪音限制，距离负电源电压400mV；其斜率和截止点可通过外部阻抗来改变。AD8310没有使用频率的限制，因而可用于低音频频率。AD8310允许输出负载有较大的变化范围，并可驱动高达100pF的容性负载。用简单的网络与50Ω的输入匹配可保证-78dBm～+17dBm的功率灵敏度。采用完全差动输入，可提供适当的输入阻抗（采用1kΩ电阻与1pF电容并联）。

　　3.使用方法

　　高增益和宽带宽使得AD8310对输入端极宽频率范围内的所有信号都非常敏感。因此，屏蔽和电源退耦是至关重要,否则不用滤波器将很难区别出所需的信号，并会提高噪音的基础水平。使用AD8310时应在VPOS端接上退耦电容，并设置一个地层，以便为公共端COMM提供低阻抗。

　　为AD8310的典型应用连接图，由VPOS提供2.7V～5.5V的电源电压在靠近管脚处连有0.01μF的退耦电容，有时也在电源上连接一小电阻来滤除电源线上的噪声，ENBL的阈值输入约为1.3V。在单端输入时，应将C1接地，使信号通过C2耦合输入。在使用使能端时，为尽量避免启动时的瞬态过程，C1与C2的大小必须完全相等。可用52.3Ω的电阻与1.1kΩ的输入阻抗并联，以产生一个简单的宽带50Ω的匹配输入，当然，也可使用输入匹配网络。在高频应用中，为减少不需要的低频信号耦合，其转换频率fHP应尽可能高；而在低频应用中，出于相同的考虑，必须在输入端增加一个简单的RC低通滤波网络，并应紧靠耦合电容的信号产生端，经降低给定高通转折频率所需的电容值。

　　当系统校准不是很有效时，可以使用所示的调整电路，并可逐一地或整体地对AD8310的微调。其对数斜率可通过VR1来改变，中可提供的校准范围为±10%（22.6mV/dB～27.4mV/dB），调整功能是依靠一个精密的信号发生器交替产生两个固定的输入电平来实现的，一般位于动态范围的中心附近，如-60dB和-20dB。换句话说，使用的位于动态范围中心的AM-调制信号。对于调制深度为M的信号，一个调制周期内的峰和谷分贝变化值由下式决定：

　　ΔdB=20log10[(1+M)/(1-M)]

　　4.典型实例

　　在3V或者更高的电源电压下，AD8310能以2.5V的电压来驱动100Ω的接地负载；当驱动500Ω的电缆时，如果需要反向终端，AD8310的输出应与之串联，为驱动电缆时的输出响应，这时负载上的斜率可达到12mV/dB。有时它也用于驱动无远程终端的电缆，但此时的对数斜率不可能再降低。

　　内部为直流耦合的AD8310很适合那些需要对直流输入进行处理的一些特殊场合，但为保证级的适当偏置，AD8310的差动输入必须高于2V，这超过了COM的电位。通常，AD8310的输入信号都是以地为参考的单边信号，因此必须为信号供参考点的转变和单端到差动的转换，从而使其正确驱动AD8310的输入。是一种如何利用AD8138差动放大器来实现以中值电压为参考的参考点的转变和单端到差动的转换电路。该电路由4个499Ω的电阻建立了一个增益整体。当在AD8138的VCOM管脚加以2.5V（可由参考电压的电阻分压获得）电压时，AD8138可输出2.5V的共模电压，其差动输出可直接用来驱动AD8310的1.1kΩ的输入阻抗。此时，必须对AD8138的失调电压进行调整。若在OFLF管脚加以1.9V左右的理论电压，AD8310内部的失调补偿电路就会失去作用。因此，对AD8138的偏置调整可同时调整两个器件的失调电压。调整的过程是把输入电路接地，同时轻微改变AD8138上反相输入中的增益电阻（中的50Ω电位器），直到AD8138的输出达到值。由于动态范围的低端受到AD8138输出的宽带噪声的限制，其值约为425μVp-p。因此，当电路并不需要对冲激响应作出极其迅速的响应时，可在AD8138与AD8310之间加上一个差动的低通滤波器而不必使用AD8310所构成的电路。

　　为AD8310在超声接收电路中的应用连接图。该超声发射频率100 kHz，脉宽0.2 ms。VPOS为电源输入，AD8310的工作电压范围很宽。为2．7~5．5 V，极限电压7．5 V。AD8310的高增益和高带宽使它对噪声信号很敏感，在VPOS的引脚旁边放置退耦电容，并为COMM设置一个低阻抗的地层都是很有必要的，除了做好电源退耦和屏蔽，在信号输入的前级必须做好滤波，尽量使用低噪声的器件，否则信号会淹没在噪声里，无法再区分出来。ENBL为AD8310的使能端，大于2.3 V时，器件完全工作。可以使用单片机控制，使它在超声脉冲发出后工作，采样结束后立即关闭以降低能耗。INHI和INL0都为信号输入端，AD8310的输入阻抗大约l kΩ，这里使用Cl、C2、C3、Rl、R2与AD8310输入端一起组成了一个带通滤波器，C1、C2为输入耦合电容，当使用单片机控制ENBL时，为了避免启动时的瞬态过程，C1、C2的值必须一样。C3为输出滤波电容，用来减小输出电压的纹波，视频带宽VideoBandWidth一般设为输入信号频率的l／10。 C4用来降低偏置补偿回路的转折频率。OFLT悬空时，该补偿回路的高通转折频率为2 MHz，添加一个680 pF的电容，降到约90 kHz。AD83lO对鱼群回波信号有很好的动态转换能力，并且简化了传播损失补偿的计算，AD8310能够很好地区分一70dB以上的回波信号，如果提高电路对宽频噪声的抑制能力，它的分辨力还能提高。需要注意的是，AD8310是一款解调对数放大器，在转换的过程中丢失了信号的相位和频率信息，因此只适用于网箱监视系统，对于一些要求估计目标方位的系统并不适用。

　　5.总结

　　成本低、体积小、功耗低、高、稳定性高、动态范围宽、易于使用等是AD8310对数放大器的显著优点，另外，它还具有响应时间快、负载驱动能力强等特点，其频率范围可从音频到超高频，可广泛应用于需要衰减信号到分贝级的电路中。良好的负载能力还可用于信号电平以分贝格式的转换、发射机天线的功耗测量、接收器信号的强度指示、廉价雷达的声波定位仪的信号处理网络以及频谱分析等领域。