適合便攜式系統(tǒng)的 RF 功率測量方法（下）

用一個(gè)大動態(tài)范圍檢波器測量低電平 RF 信號

就需要測量電平非常低的 RF 信號的應(yīng)用而言，一個(gè)具有更高靈敏度的大動態(tài)范圍檢波器是必要的。這類功能常常用于為提供 AGC (自動增益控制) 反饋控制而測量 RSSI 的接收器中。其它應(yīng)用包括場強(qiáng)計(jì)儀表。就這類信號測量而言，對數(shù)檢波器非常適合，因?yàn)樗鼫y量信號的平均功率。除了有大動態(tài)范圍和極高的靈敏度，對數(shù)檢波器還有擴(kuò)展到低頻的卓越帶寬特性。它們的輸出以 mV/dB 對數(shù)線性比例提供固定輸出斜率，從而方便了使用。

大動態(tài)范圍對數(shù)檢波器電路的一個(gè)例子 (如圖 3 所示)。LT5538 是一個(gè)凌力爾特公司制造的對數(shù)檢波器，具有超過 60dB 的動態(tài)范圍。盡管這個(gè) IC 能夠在 40MHz 至 38GHz 的頻率范圍內(nèi)工作，但是圖示電路的設(shè)計(jì)和恰當(dāng)匹配是從 40MHz 至 2.2GHz，從而覆蓋了包括所有蜂窩頻帶的寬頻率范圍。這個(gè)檢波器可以分辨出一個(gè)小至 -68dBm 的信號。其動態(tài)范圍涵蓋近 70dB，具 ±1dB 的準(zhǔn)確度。在更低頻率時(shí) (例如在 880MHz)，其動態(tài)范圍改善到 74dB。

圖3：一個(gè)大動態(tài)范圍對數(shù)檢波器電路。

溫度漂移對高準(zhǔn)確度儀表以及諸如蜂窩基站等很多高性能無線系統(tǒng)而言是個(gè)難題。所希望的典型準(zhǔn)確度是 1/2dB 或更高的精度，而且在額定溫度極限范圍內(nèi)保持這一容限。LT5538 在寬動態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了這一希望的準(zhǔn)確度，因此最大限度地減少了對隨溫度變化進(jìn)行單調(diào)乏味的校準(zhǔn)操作需求。

LT5538 吸取 29mA 電源電流，這是實(shí)現(xiàn) 4GHz 最高工作頻率所必需的。該器件具有停機(jī)功能。在休眠模式，該器件消耗的靜態(tài)電流低于 100uA。該器件可以在 300ns 內(nèi)接通和啟動測量。因此這個(gè)檢波器方便了突發(fā)模式測量，從而節(jié)省了便攜式應(yīng)用的功率。

如何測量高波峰因數(shù)信號的實(shí)際功率

現(xiàn)代寬帶無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用復(fù)雜調(diào)制波形。例如，WiMAX 和 LTE (第四代，長期演進(jìn)) 采用多重載波，每個(gè)載波都是高階 QAM 調(diào)制的。這些 RF 信號具有高達(dá) 12dB 的峰值至平均值之比，本質(zhì)上是非周期性的，從而使準(zhǔn)確測量很困難。人們經(jīng)常嘗試用查閱表校準(zhǔn)，就簡單的調(diào)制波形而言只有有限的校準(zhǔn)成功率。不過，隨著越來越復(fù)雜的調(diào)制趨勢，用查閱表校準(zhǔn)變得不夠充分了。

凌力爾特公司一種新的 RMS 檢波器LT5581幫助解決了這些不準(zhǔn)確性問題。該器件采用一個(gè)片上 RMS 測量電路，該電路可進(jìn)行高度準(zhǔn)確的高波峰因數(shù)信號功率測量。它能測量從 10MHz 到高達(dá) 6GHz 的信號。它在較低頻率時(shí)有 40dB 動態(tài)范圍，在高頻時(shí)為 30dB。此外，該器件在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供卓越的準(zhǔn)確度，因此提供可重復(fù)測量。以其所有功能，該器件僅消耗 1.4mA 電源電流。RF 輸入是單端的，因此無需 RF 平衡-不平衡變壓器。其寬帶寬可實(shí)現(xiàn)多頻帶無線電設(shè)備，諸如 3G 或 4G 寬帶無線數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器卡、3G 或 4G 智能電話、WiMAX 數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器卡和高性能便攜式無線電設(shè)備。

單端 RF 輸入非常適合于直接從一個(gè) RF 信號源 (例如：RF PA 放大器) 進(jìn)行分接。此類實(shí)現(xiàn)的一個(gè)例子如圖 4 所示，是一個(gè) 5.8GHz WLAN 或 WiMAX 發(fā)射器 PA 放大器功率控制電路。檢波器的 RF 輸入通過一個(gè) 20dB 阻性衰減器 (由 604Ω 和 75Ω 分壓器組成) 接進(jìn) PA 輸出。這個(gè)電阻分接頭消除了對定向耦合器的需求，同時(shí)節(jié)省了成本。1.8pF DC 隔離電容器起匹配檢波器阻抗的作用。整個(gè)阻性抽頭電路給 PA 輸出造成了 0.2dB 的插入損耗，這種損耗水平是相當(dāng)適中的。

圖4：一款 5.8GHz RMS 檢波器實(shí)現(xiàn)方案。

就改善耦合準(zhǔn)確度而言，604Ω 和 75Ω 電阻應(yīng)該是 1% 容限的組件，1.8pF 應(yīng)該是 5% 或更好。為阻性抽頭推薦的組件值僅作參考。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，這些值也許稍有不同，視器件放置、PC 板寄生性以及 PA 和天線的參數(shù)而定。不過，用一個(gè)定向耦合器有提供某些方向性的好處，而阻性抽頭電路卻沒有這個(gè)好處。也就是說，如果 PA 有過大的返射功率，那么耦合器多半會隔離這種功率并將對測量準(zhǔn)確度有最小的影響。就阻性抽頭電路而言卻不是這樣，該電路可能引入小的測量誤差。

圖 5 顯示 PA 放大器輸出掃過整個(gè)功率范圍時(shí)檢波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)。在 5.8GHz 時(shí)，檢波器提供 25dB 動態(tài)范圍性能，一般對功率控制目的而言已足夠了。在更低頻率時(shí) (如 2.1GHz 或 880MHz)，LT5581 的動態(tài)范圍改善到 40dB。

圖5：5.8GHz 檢波器響應(yīng)。

結(jié)論

視被測量信號而定，可有不同的 RF 檢波器選擇，以提供滿足測量需求的最佳解決方案。肖特基峰值檢波器非常適合于固定幅度功率測量，只要動態(tài)范圍是有限的。對數(shù)檢波器有較大的動態(tài)范圍和卓越的靈敏度，以測量低電平信號。就高波峰因數(shù)信號而言，RMS 檢波器產(chǎn)生最準(zhǔn)確的測量結(jié)果。