AD605的工作原理及單通道功能框圖

AD605是一種雙通道低噪聲可變增益放大器。圖2給出了AD605放大器中一個通道的功能塊圖。它的每一個通道都包含一個獨立的供電系統X-AMP（即DSX,也就是差分獨立供電系統X-AMP）。該系統由一個精確的被動式衰減器(差分階梯形網絡)、一個增益控制模塊、一個經由分壓電阻R3和R4緩沖的VOCM和一個帶有增益調整電阻R1、R2的主動式負反饋放大器（AFA）等四部分組成。

AD605中每個通道的增益范圍均可根據接在FBK和OUT之間的電阻阻值的不同來選擇-14dB～+34dB或0dB～48dB。其中心的40dB增益以dB呈精確線性,而在增益范圍的上限和下限處,增益誤差將增大。AD605的增益由增益控制電壓（VGN）設置,其VREF輸入決定了增益刻度的取值范圍。有效的增益刻度范圍在20dB/V和40dB/V之間,對應的VREF電壓分別為2.5V和1.25V。

由于AD605的兩個通道完全相同,下面以通道1來說明其工作原理。在整個集成塊中只有VREF和VOCM兩個輸入端是共享的。由于兩個通道共用一個交流地,因此它們之間的串擾可減到最小。如果希望具有精度很高的增益標度,VREF應外接一個輸入阻抗較低的電源。對于20dB/V的低靈敏度應用,可以在VREF輸入端和地之間接一個去耦電容。在這種模式下,AD605的增益刻度由+VCC和GND的中點值來決定,所以,當增益控制電壓為+5V時,控制要特點仔細。VREF端的輸入阻抗為10kΩ±20%。

AD605為單電源供電電路,VOCM腳的功能是設置本通道電路的中點直流電平。VOCM的輸入電路僅需要一個接地電容來確定電源電壓的中點（即+5V和GND之間電壓的中點）;然而,如果輸出直流電平對用戶非常重要的話,VOCM也可以特定設置。VOCM端的輸入阻抗為45Ω±20%。

3.1 差分階梯形網絡（衰減器）

位于固定增益放大器前端的衰減器是由一個差分7階R-1.5R電阻網絡實現的,該網絡帶有一個輸入阻抗為175Ω或350Ω的純電阻單終端。該網絡對輸入信號的衰減為每階6.908dB,因此第一階的衰減為6.908dB,第二階的衰減為13.816dB,依此類推,直到最后一階總的衰減量為48.356dB。在兩階電路的接口處采用了特殊的電路技術來保證信號的連續性,從而實現了信號在0～48.36dB范圍內的連續衰減。該階梯網絡和其內插裝置一起可以認為是一個壓近電位器。

由于DSX是一個單電源電路,所以它需要加一定的偏置電壓。該偏壓可通過節點MID和VOCM緩沖來得到。因為沒有內部偏置電壓,所以必須加一個外部偏壓。該部分電路需要認真設計,否則這個偏置網絡會帶入額外的噪聲和漂移。要實現內部偏壓,只需要將信號交流耦合到DSX即可。需要說明的是：當驅動不同時,DSX的輸入也是完全不同的。由于+IN和-IN兩腳的信號相同但極性相反。因此,在驅動不同時,其終端負載將發生變化。如果每一個輸入均是一個單終端設備,則負載阻抗為175Ω,而驅動不同時負載阻抗則為350Ω.如果把這個階梯形網絡看作兩個由VOCM緩沖提供偏壓的175Ω電阻背對背和中間節點MID相接,那么負載電阻的變化就很容易理解了。如果一個差動信號加在+IN和-IN之間,則流入中間節點MID的電流為零,但是如果一個單終端信號輸入到+IN或-IN腳,而其它輸入是交流地時,則將會使電流通過中間節點MID流入VOCM緩沖器。

3.2 交流耦合

由于DSX是一個獨立的單電源供電電路,所以它需要通過交流耦合來輸入共基極接地信號。如圖2所示,C1和C2將輸入信號轉變為直流電壓值,該值由VOCM決定（通常為2.5V）。從每個DSX輸入（+IN和-IN）看,C1、C2和175Ω電阻組成了一個高通濾波器,其截止頻率依賴于C1和C2的容量值。

如果DSX輸出需要一個參考地,則可則加另外一個交流耦合電容以進行電平轉換。該電容也可以消除DSX產生的任何直流漂移。此時如果接一個500Ω的一般負載和一個0.1μF的耦合電容,則將使-3dB高通截止頻率提高大約3.2kHz。

這三個耦合電容都應根據具體的應用來選擇,電容的選擇應使信號無衰減的通過,同時要限制系統內的低頻噪聲。

3.3 主動式反饋放大器

要實現單電源操作和DSX的全微分輸入,必須采用一個主動式反饋放大器（AFA）。AFA是一個具有兩個gm級的基本運算放大器;其中一級用于反饋支路,另一級作為差分輸入。值得指出的是,差分輸入是一個開環支路,這就要求該支路在所使用的輸入信號范圍內必須具有很高的線性度。在這個設計中,衰減器上檢測電壓的gm級是分布式的,gm級的級數和網絡上階梯的數量相同。只有少數gm級是依靠增益控制電壓而始終處于開啟狀態。

由于AFA的一個輸入（G1）是全微分的,所以,AFA可以采用差分輸入結構。其兩個輸入端中的一個由一個分布的gm級構成;另一個則（G2）用于反饋。G1的輸出可作為高增益放大器（A0）的衰減網絡上的傳感電壓。因為是負反饋,所以高增益放大器的差分輸入必須為零,也就是說,G2倍gm2(G2的互導)的差分輸入電壓必須等于G1倍gm1（G1的互導）的分輸入電壓。因此,AFA的全功率函數為：

VOUT/VATTEN=(gm1/gm2)(R1R2/R2)

式中,VOUT是輸出電壓,VATTEN是衰減器上的有效電壓,如果（R1+R2）/R2=42,gm1/gm2=1.25,那么全功率為52.5（34.3dB）。

利用AFA可通過改變階梯網絡的輸入極性改變輸出信號的極性,同時,它的-IN腳可以作為第二個輸入使用并完成對DSX的共模電壓的獨立控制。

通常條件下,最好在VOCM腳接一個去耦電容,此時,DSX的共模電壓為電源電壓的一半;同時可允許最大信號幅度輸入。否則,共模電壓將直接由VOCM端的電壓來控制調高或者調低。另外,VOCM也可以作為信號輸入端,其唯一的局限是VOCM緩沖的回轉頻率太低。

如果輸出信號的直流電平不夠,通常需要在DSX的輸出端再加一個耦合電容。這樣可以有效地消除DSX產生的直流電平漂移（參見交流耦合部分）。

增益范圍可以通過接在FBK和OUT之間的電阻來設定。若FBK和OUT直接相連,則增益變化范圍為-14dB～+34.4dB;若FBK與OUT斷開,那么增益變化范圍為0dB～+48.4dB。需要說明的是：在較高的增益范圍內,增益每提高14dB,放大器的帶寬將減小5～8MHz。