利用MAX2016測(cè)量RF增益

典型的rf收發(fā)器增益測(cè)量

由于max2016功率檢測(cè)器可以工作在直流到2.5ghz頻率范圍內(nèi)，所以，該器件可以很容易地配置用于測(cè)量單個(gè)增益模塊(圖1a)或整個(gè)超外差收發(fā)陣列的增益(圖1b)。

上述配置中，測(cè)量的不確定因素都會(huì)影響增益測(cè)量的精度，絕對(duì)增益測(cè)量會(huì)受線路差異、耦合器損耗以及max2016器件之間差異的影響。盡管max2016集成了兩路完全相同的對(duì)數(shù)檢測(cè)器，但是斜率和截取點(diǎn)的微小差異會(huì)導(dǎo)致差分輸出誤差。

補(bǔ)償這些差異的簡(jiǎn)單方法是在出廠測(cè)試時(shí)進(jìn)行斜率和截取點(diǎn)的一次校準(zhǔn)。圖2是超外差接收機(jī)的測(cè)試配置框圖。如圖所示，將一個(gè)功率電平已知的rf信號(hào)送入接收器前端。然后，利用一個(gè)外部功率檢測(cè)器測(cè)量下變頻轉(zhuǎn)換后的接收功率。如果下變頻信號(hào)不容易采樣，可以利用收發(fā)器的板上高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc近似表示接收功率。由于大多數(shù)接收器使用某種可變?cè)鲆娣糯笃?可變電壓放大器(vga/vva)提高其動(dòng)態(tài)范圍，所以在測(cè)試中和隨后的斜率測(cè)量、增益-voutd響應(yīng)截取點(diǎn)的測(cè)量中，可以改變接收器的增益。把斜率和響應(yīng)截取點(diǎn)存儲(chǔ)到收發(fā)器的非易失存儲(chǔ)器(nvm)中，可以將隨后測(cè)量的voutd 映射為絕對(duì)增益值。也可以將多個(gè)voutd和增益值組成的矩陣存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器(nvm)中，提高精度。利用內(nèi)插算法可以計(jì)算任意voutd測(cè)量值對(duì)應(yīng)的增益。圖3說(shuō)明了這兩種可選方案。

max2016的兩個(gè)內(nèi)部對(duì)數(shù)檢測(cè)器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持較好的一致性，計(jì)算收發(fā)器的絕對(duì)增益時(shí)無(wú)需進(jìn)行溫漂補(bǔ)償。如果需要更高精度，也可以測(cè)量典型的溫度漂移，并將其存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器(nvm)中。通過(guò)測(cè)量當(dāng)前的工作溫度，在溫度端點(diǎn)之間進(jìn)行插值計(jì)算，增益-voutd算法可以加入對(duì)溫度漂移的考慮。

用max2016代替自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ate)中的兩個(gè)功率計(jì)

如上所述，測(cè)量被測(cè)件(dut)增益最簡(jiǎn)單的方法是以dbm為單位，直接測(cè)量它的輸入功率和輸出功率，然后，用輸出功率減去輸入功率就可得到增益。傳統(tǒng)方案中，使用功率計(jì)測(cè)量寬帶功率是得到精確測(cè)量結(jié)果的唯一方法。但是，功率計(jì)的測(cè)量速度很低，無(wú)法滿足快速測(cè)量生產(chǎn)環(huán)境的要求。而max2016的雙路對(duì)數(shù)檢測(cè)器具有相當(dāng)短的響應(yīng)時(shí)間(~100ns)，可以實(shí)現(xiàn)快速增益測(cè)量。如上所述，將被測(cè)件(dut)的輸入功率耦合到max2016的一個(gè)端口，同時(shí)將被測(cè)件(dut)的輸出功率耦合到max2016的第二個(gè)端口，就可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的增益測(cè)量。voutd引腳輸出正比于器件增益的直流電壓(voutd_meas)。增益可根據(jù)下式計(jì)算：

增益(db) = (voutd_offset - voutd_meas) / voutd_slope (式1)

使用max2016數(shù)據(jù)資料給出的未經(jīng)校準(zhǔn)的voutd_offset和voutd_slope典型值, 可以將該式簡(jiǎn)化為：增益(db) = (1.0 - voutd_meas) / 0.025。詳細(xì)信息請(qǐng)參考max2016數(shù)據(jù)資料。

雖然這個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式對(duì)于計(jì)算增益很有用，我們還是推薦采用校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)提高增益測(cè)量精度。通過(guò)執(zhí)行多個(gè)校準(zhǔn)步驟，可以得到不同程度的絕對(duì)精度。下文詳細(xì)介紹了一種校準(zhǔn)方法，這種方法需要測(cè)量voutd_offset和voutd_slope的精確值。根據(jù)不同的精度要求，用戶可以選擇執(zhí)行一種或兩種校準(zhǔn)。本文對(duì)使用voutd_offset校準(zhǔn)和同時(shí)使用voutd_offset、voutd_slope校準(zhǔn)得到的精度進(jìn)行了比較。

通用測(cè)試裝置

為了得到更精確的voutd_offset，在max2016的兩個(gè)輸入端口輸入同樣的功率電平。voutd引腳的輸出直流電壓等于voutd_offset。將一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的衰減器與max2016的一個(gè)輸入端口串聯(lián)，測(cè)量voutd，用戶即可根據(jù)給定的voutd_offset和衰減器損耗求解對(duì)應(yīng)的voutd_slope值。圖4是測(cè)試裝置框圖。該增益測(cè)量/校準(zhǔn)方案使用了一塊max2016評(píng)估板。

該評(píng)估方法使用固定功率衰減器校準(zhǔn)voutd_slope。但所得結(jié)果對(duì)其它增益器件同樣適用。頻率和精確的衰減量由max3654可變?cè)鲆娣糯笃?vga)的測(cè)試要求決定，max3654是具有自動(dòng)增益控制(agc)的catv互阻放大器，增益范圍為0db到20db。在其它應(yīng)用場(chǎng)合，可以根據(jù)要求選擇不同的頻率和衰減器。

校準(zhǔn)voutd_offset和voutd_slope

首先使用urv5 rf功率計(jì)測(cè)量不同的衰減器。隨后，在圖4的a點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以準(zhǔn)確表現(xiàn)真實(shí)的衰減量，包括電纜損耗。

接下來(lái)，在每個(gè)測(cè)試頻率下分別測(cè)量voutd_offset和voutd_slope。

為了測(cè)量voutd_offset，將衰減器旁路，在max2016的兩個(gè)輸入端口輸入同樣的信號(hào)電平。這樣，voutd引腳的輸出直流電壓就是outd_offset的校準(zhǔn)值。.
為了測(cè)量voutd_slope，串聯(lián)一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的10db衰減器，再次測(cè)量voutd引腳的輸出直流電壓(定義該值為voutd_meas)。給定voutd_offset和voutd_meas，且已知衰減器的衰減量為10db，可利用式1計(jì)算voutd_slope。衰減器的衰減量代表式1中-10db的增益。因?yàn)?0db是max3654增益范圍的中間值，所以，我們選擇了10db衰減。表1列出了voutd_offset和voutd_slope的對(duì)應(yīng)值。

校準(zhǔn)精度比較

分別使用六個(gè)獨(dú)立的衰減器(1、2、8、10、12和20db)，在每個(gè)測(cè)試頻率下分別測(cè)量voutd。這樣通過(guò)計(jì)算就可以得到下面三種情況下測(cè)量的衰減值和對(duì)應(yīng)精度：

無(wú)校準(zhǔn)
只進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)
進(jìn)行失調(diào)和斜率校準(zhǔn)
下面的表2至表6給出了測(cè)試結(jié)果。

max2016作為rf檢測(cè)器的生產(chǎn)測(cè)試

觀察上面所給出的數(shù)據(jù)我們可以得出以下結(jié)論。

首先，沒(méi)有校準(zhǔn)時(shí)，測(cè)量誤差(表2)較大。如果自動(dòng)增益放大器(vga)max3654等器件在生產(chǎn)過(guò)程中采用未經(jīng)校準(zhǔn)的max2016測(cè)量增益，考慮到它所產(chǎn)生的較大誤差，必須放寬自動(dòng)增益放大器(vga)的測(cè)試要求。因而，也就相應(yīng)放寬了數(shù)據(jù)資料中的增益指標(biāo)，從而失去了對(duì)設(shè)計(jì)者的吸引力。

其次，對(duì)于衰減值為0.9db和2.0db的衰減器，只進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)時(shí)，誤差是可以控制的(表3和表5)。這對(duì)于測(cè)量只有一個(gè)增益值的dut非常有用，如果dut電路板已經(jīng)設(shè)計(jì)好，dut輸出端的衰減等于所期望的典型增益，那么，功率檢測(cè)器端口的輸入電平近似相等。假定增益指標(biāo)的變化小于2db，對(duì)于0.9db和2.0db的衰減器所得的精度表明，只需進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)即可得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。但是，隨著衰減值的增大，測(cè)量精度會(huì)迅速下降。所以，在對(duì)max3654等存在很大增益偏差的vga進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這種方法會(huì)存在問(wèn)題。

表4 和表6說(shuō)明在測(cè)量變化范圍較大的增益，同時(shí)校準(zhǔn)失調(diào)和斜率能夠得到精確的結(jié)果。為了進(jìn)行校準(zhǔn)，dut必須能夠在max2016的功率檢測(cè)端口輸入同樣的信號(hào)電平，而且可以在經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的衰減器之間進(jìn)行切換。

圖5提供了一個(gè)max2016輸入端rf開(kāi)關(guān)的范例。測(cè)量dut的增益時(shí)，將開(kāi)關(guān)切換到位置a。進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)時(shí)，將開(kāi)關(guān)切換到位置b。進(jìn)行斜率校準(zhǔn)時(shí)，將開(kāi)關(guān)切換到位置c。校準(zhǔn)斜率時(shí)所使用的衰減值等于dut增益的典型值。即使使用與斜率校準(zhǔn)值相差很大的衰減值(10db)，所得誤差仍然很小。數(shù)據(jù)表明假設(shè)增益-voutd曲線具有極小的非線性是正確的，建議只需使用斜率校準(zhǔn)即可。