AD605的工作原理及单通道功能框图
ad605的工作原理及单通道功能框图
ad605是一种双通道低噪声可变增益放大器。图2给出了ad605放大器中一个通道的功能块图。它的每一个通道都包含一个独立的供电系统x-amp（即dsx,也就是差分独立供电系统x-amp）。该系统由一个精确的被动式衰减器(差分阶梯形网络)、一个增益控制模块、一个经由分压电阻r3和r4缓冲的vocm和一个带有增益调整电阻r1、r2的主动式负反馈放大器（afa）等四部分组成。
ad605中每个通道的增益范围均可根据接在fbk和out之间的电阻阻值的不同来选择-14db～+34db或0db～48db。其中心的40db增益以db呈精确线性,而在增益范围的上限和下限处,增益误差将增大。ad605的增益由增益控制电压（vgn）设置,其vref输入决定了增益刻度的取值范围。有效的增益刻度范围在20db/v和40db/v之间,对应的vref电压分别为2.5v和1.25v。
由于ad605的两个通道完全相同,下面以通道1来说明其工作原理。在整个集成块中只有vref和vocm两个输入端是共享的。由于两个通道共用一个交流地,因此它们之间的串扰可减到最小。如果希望具有精度很高的增益标度,vref应外接一个输入阻抗较低的电源。对于20db/v的低灵敏度应用,可以在vref输入端和地之间接一个去耦电容。在这种模式下,ad605的增益刻度由+vcc和gnd的中点值来决定,所以,当增益控制电压为+5v时,控制要特点仔细。vref端的输入阻抗为10kω±20%。
ad605为单电源供电电路,vocm脚的功能是设置本通道电路的中点直流电平。vocm的输入电路仅需要一个接地电容来确定电源电压的中点（即+5v和gnd之间电压的中点）;然而,如果输出直流电平对用户非常重要的话,vocm也可以特定设置。vocm端的输入阻抗为45ω±20%。
3.1 差分阶梯形网络（衰减器）
位于固定增益放大器前端的衰减器是由一个差分7阶r-1.5r电阻网络实现的,该网络带有一个输入阻抗为175ω或350ω的纯电阻单终端。该网络对输入信号的衰减为每阶6.908db,因此第一阶的衰减为6.908db,第二阶的衰减为13.816db,依此类推,直到最后一阶总的衰减量为48.356db。在两阶电路的接口处采用了特殊的电路技术来保证信号的连续性,从而实现了信号在0～48.36db范围内的连续衰减。该阶梯网络和其内插装置一起可以认为是一个压近电位器。
由于dsx是一个单电源电路,所以它需要加一定的偏置电压。该偏压可通过节点mid和vocm缓冲来得到。因为没有内部偏置电压,所以必须加一个外部偏压。该部分电路需要认真设计,否则这个偏置网络会带入额外的噪声和漂移。要实现内部偏压,只需要将信号交流耦合到dsx即可。需要说明的是：当驱动不同时,dsx的输入也是完全不同的。由于+in和-in两脚的信号相同但极性相反。因此,在驱动不同时,其终端负载将发生变化。如果每一个输入均是一个单终端设备,则负载阻抗为175ω,而驱动不同时负载阻抗则为350ω.如果把这个阶梯形网络看作两个由vocm缓冲提供偏压的175ω电阻背对背和中间节点mid相接,那么负载电阻的变化就很容易理解了。如果一个差动信号加在+in和-in之间,则流入中间节点mid的电流为零,但是如果一个单终端信号输入到+in或-in脚,而其它输入是交流地时,则将会使电流通过中间节点mid流入vocm缓冲器。
3.2 交流耦合
由于dsx是一个独立的单电源供电电路,所以它需要通过交流耦合来输入共基极接地信号。如图2所示,c1和c2将输入信号转变为直流电压值,该值由vocm决定（通常为2.5v）。从每个dsx输入（+in和-in）看,c1、c2和175ω电阻组成了一个高通滤波器,其截止频率依赖于c1和c2的容量值。
如果dsx输出需要一个参考地,则可则加另外一个交流耦合电容以进行电平转换。该电容也可以消除dsx产生的任何直流漂移。此时如果接一个500ω的一般负载和一个0.1μf的耦合电容,则将使-3db高通截止频率提高大约3.2khz。
这三个耦合电容都应根据具体的应用来选择,电容的选择应使信号无衰减的通过,同时要限制系统内的低频噪声。
3.3 主动式反馈放大器
要实现单电源操作和dsx的全微分输入,必须采用一个主动式反馈放大器（afa）。afa是一个具有两个gm级的基本运算放大器;其中一级用于反馈支路,另一级作为差分输入。值得指出的是,差分输入是一个开环支路,这就要求该支路在所使用的输入信号范围内必须具有很高的线性度。在这个设计中,衰减器上检测电压的gm级是分布式的,gm级的级数和网络上阶梯的数量相同。只有少数gm级是依靠增益控制电压而始终处于开启状态。
由于afa的一个输入（g1）是全微分的,所以,afa可以采用差分输入结构。其两个输入端中的一个由一个分布的gm级构成;另一个则（g2）用于反馈。g1的输出可作为高增益放大器（a0）的衰减网络上的传感电压。因为是负反馈,所以高增益放大器的差分输入必须为零,也就是说,g2倍gm2(g2的互导)的差分输入电压必须等于g1倍gm1（g1的互导）的分输入电压。因此,afa的全功率函数为：
vout/vatten=(gm1/gm2)(r1r2/r2)
式中,vout是输出电压,vatten是衰减器上的有效电压,如果（r1+r2）/r2=42,gm1/gm2=1.25,那么全功率为52.5（34.3db）。
利用afa可通过改变阶梯网络的输入极性改变输出信号的极性,同时,它的-in脚可以作为第二个输入使用并完成对dsx的共模电压的独立控制。
通常条件下,最好在vocm脚接一个去耦电容,此时,dsx的共模电压为电源电压的一半;同时可允许最大信号幅度输入。否则,共模电压将直接由vocm端的电压来控制调高或者调低。另外,vocm也可以作为信号输入端,其唯一的局限是vocm缓冲的回转频率太低。
如果输出信号的直流电平不够,通常需要在dsx的输出端再加一个耦合电容。这样可以有效地消除dsx产生的直流电平漂移（参见交流耦合部分）。
增益范围可以通过接在fbk和out之间的电阻来设定。若fbk和out直接相连,则增益变化范围为-14db～+34.4db;若fbk与out断开,那么增益变化范围为0db～+48.4db。需要说明的是：在较高的增益范围内,增益每提高14db,放大器的带宽将减小5～8mhz。
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ad605是一种双通道低噪声可变增益放大器。图2给出了ad605放大器中一个通道的功能块图。它的每一个通道都包含一个独立的供电系统x-amp（即dsx,也就是差分独立供电系统x-amp）。该系统由一个精确的被动式衰减器(差分阶梯形网络)、一个增益控制模块、一个经由分压电阻r3和r4缓冲的vocm和一个带有增益调整电阻r1、r2的主动式负反馈放大器（afa）等四部分组成。
ad605中每个通道的增益范围均可根据接在fbk和out之间的电阻阻值的不同来选择-14db～+34db或0db～48db。其中心的40db增益以db呈精确线性,而在增益范围的上限和下限处,增益误差将增大。ad605的增益由增益控制电压（vgn）设置,其vref输入决定了增益刻度的取值范围。有效的增益刻度范围在20db/v和40db/v之间,对应的vref电压分别为2.5v和1.25v。
由于ad605的两个通道完全相同,下面以通道1来说明其工作原理。在整个集成块中只有vref和vocm两个输入端是共享的。由于两个通道共用一个交流地,因此它们之间的串扰可减到最小。如果希望具有精度很高的增益标度,vref应外接一个输入阻抗较低的电源。对于20db/v的低灵敏度应用,可以在vref输入端和地之间接一个去耦电容。在这种模式下,ad605的增益刻度由+vcc和gnd的中点值来决定,所以,当增益控制电压为+5v时,控制要特点仔细。vref端的输入阻抗为10kω±20%。
ad605为单电源供电电路,vocm脚的功能是设置本通道电路的中点直流电平。vocm的输入电路仅需要一个接地电容来确定电源电压的中点（即+5v和gnd之间电压的中点）;然而,如果输出直流电平对用户非常重要的话,vocm也可以特定设置。vocm端的输入阻抗为45ω±20%。
3.1 差分阶梯形网络（衰减器）
位于固定增益放大器前端的衰减器是由一个差分7阶r-1.5r电阻网络实现的,该网络带有一个输入阻抗为175ω或350ω的纯电阻单终端。该网络对输入信号的衰减为每阶6.908db,因此第一阶的衰减为6.908db,第二阶的衰减为13.816db,依此类推,直到最后一阶总的衰减量为48.356db。在两阶电路的接口处采用了特殊的电路技术来保证信号的连续性,从而实现了信号在0～48.36db范围内的连续衰减。该阶梯网络和其内插装置一起可以认为是一个压近电位器。
由于dsx是一个单电源电路,所以它需要加一定的偏置电压。该偏压可通过节点mid和vocm缓冲来得到。因为没有内部偏置电压,所以必须加一个外部偏压。该部分电路需要认真设计,否则这个偏置网络会带入额外的噪声和漂移。要实现内部偏压,只需要将信号交流耦合到dsx即可。需要说明的是：当驱动不同时,dsx的输入也是完全不同的。由于+in和-in两脚的信号相同但极性相反。因此,在驱动不同时,其终端负载将发生变化。如果每一个输入均是一个单终端设备,则负载阻抗为175ω,而驱动不同时负载阻抗则为350ω.如果把这个阶梯形网络看作两个由vocm缓冲提供偏压的175ω电阻背对背和中间节点mid相接,那么负载电阻的变化就很容易理解了。如果一个差动信号加在+in和-in之间,则流入中间节点mid的电流为零,但是如果一个单终端信号输入到+in或-in脚,而其它输入是交流地时,则将会使电流通过中间节点mid流入vocm缓冲器。
3.2 交流耦合
由于dsx是一个独立的单电源供电电路,所以它需要通过交流耦合来输入共基极接地信号。如图2所示,c1和c2将输入信号转变为直流电压值,该值由vocm决定（通常为2.5v）。从每个dsx输入（+in和-in）看,c1、c2和175ω电阻组成了一个高通滤波器,其截止频率依赖于c1和c2的容量值。
如果dsx输出需要一个参考地,则可则加另外一个交流耦合电容以进行电平转换。该电容也可以消除dsx产生的任何直流漂移。此时如果接一个500ω的一般负载和一个0.1μf的耦合电容,则将使-3db高通截止频率提高大约3.2khz。
这三个耦合电容都应根据具体的应用来选择,电容的选择应使信号无衰减的通过,同时要限制系统内的低频噪声。
3.3 主动式反馈放大器
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由于afa的一个输入（g1）是全微分的,所以,afa可以采用差分输入结构。其两个输入端中的一个由一个分布的gm级构成;另一个则（g2）用于反馈。g1的输出可作为高增益放大器（a0）的衰减网络上的传感电压。因为是负反馈,所以高增益放大器的差分输入必须为零,也就是说,g2倍gm2(g2的互导)的差分输入电压必须等于g1倍gm1（g1的互导）的分输入电压。因此,afa的全功率函数为：
vout/vatten=(gm1/gm2)(r1r2/r2)
式中,vout是输出电压,vatten是衰减器上的有效电压,如果（r1+r2）/r2=42,gm1/gm2=1.25,那么全功率为52.5（34.3db）。
利用afa可通过改变阶梯网络的输入极性改变输出信号的极性,同时,它的-in脚可以作为第二个输入使用并完成对dsx的共模电压的独立控制。
通常条件下,最好在vocm脚接一个去耦电容,此时,dsx的共模电压为电源电压的一半;同时可允许最大信号幅度输入。否则,共模电压将直接由vocm端的电压来控制调高或者调低。另外,vocm也可以作为信号输入端,其唯一的局限是vocm缓冲的回转频率太低。
如果输出信号的直流电平不够,通常需要在dsx的输出端再加一个耦合电容。这样可以有效地消除dsx产生的直流电平漂移（参见交流耦合部分）。
增益范围可以通过接在fbk和out之间的电阻来设定。若fbk和out直接相连,则增益变化范围为-14db～+34.4db;若fbk与out断开,那么增益变化范围为0db～+48.4db。需要说明的是：在较高的增益范围内,增益每提高14db,放大器的带宽将减小5～8mhz。
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