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        干貨,一文弄懂RF檢波器那些事

        2018-10-30 來源:微波射頻網 作者:ADI 字號:

        WiFi、4G、藍牙等各種無線連接技術的普及帶動各種終端設備井噴式增長,包括物聯網、可穿戴等各種基于無線連接技術的新興產業迅速成長起來,各種無線信號鏈解決方案涌現推動這種熱潮的持續發展。在無線信號鏈中,很久沒有聽到有人提起一個關鍵的組件——檢波器,作為在業界無線系統中的RF和IF信號檢測應用廣泛的高性能RF檢波器提供商,ADI專家最近的一場技術講座對這個無線設計中“原始”而重要的器件的一場分享,讓筆者有機會重新梳理這個重要但有點陌生的產品技術。

        檢波又稱振幅解調,它的作用是從已調制的高頻振蕩中恢復出原來的調制信號。從頻譜上看,檢波就是將幅度調制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近。隨著RFID、雷達、物聯網……的廣泛普及應用,射頻傳輸無處不在,檢波器應用越來越多。而RF檢波器擁有著遠高于傳統的二極管檢波器的靈敏度和穩定性,逐漸地占領射頻行業的市場。

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        這些典型應用,檢波器很關鍵

        先來看看射頻檢波器的各種應用。在測試和測量應用中,射頻功率檢波器用于精密測量射頻功率,以及用作頻譜和網絡分析儀中輸入保護電路的一部分。在通信和醫療應用中,射頻檢波器用于監測和控制發射功率和天線回波損耗。

        一種新興應用是基于射頻的材料分析,其中檢波器好比是微型網絡分析儀,分析材料反射的信號的幅度和相位,并利用算法來確定材料的特性,例如水分含量。還有許多應用,其中射頻檢波器用于測量脈沖功率,如電子支付系統、雷達和電子戰。

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        RF檢波器是一種微型RF功率計

        現在,對于那些不熟悉射頻檢波器操作的人來說,其功能非常簡單,最好在時域中觀察。想象一個射頻檢波器由一個輸入電平隨時間變化的信號驅動,如左圖所示。當輸入電平提高時,檢波器的直流輸出電平也會提高?,F在,盡管輸入電平和輸出電平之間的確切關系會隨器件和功能而變化,但該基線響應對所有射頻功率檢波器都是通用的。

        了解性能特性差異,為應用選擇正確的檢波器

        現在談談不同類型的射頻檢波器。最常見的類型是對數放大器,它提供與輸入信號的對數值成比例的直流輸出。對數放大器的檢測范圍介于40 dB到100 dB,響應時間相對平坦。

        RMS檢波器執行完整的均方根計算。RMS檢波器可以具有線性V/V或線性dB輸出響應。增益和相位檢波器是特殊對數放大器,用于計算兩個輸入信號之間的幅度和相位差。這些器件有兩個RS輸入。

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        SDLVA代表連續檢測對數視頻放大器。在架構上,這些器件與對數放大器沒有區別,但有兩個特殊特性:優異的頻率平坦度和快速響應時間。后面還會講到有關這些器件的更多信息。

        最后還有峰值和包絡檢波器。這些是快速響應器件,可以捕獲和保持峰值,或跟隨射頻脈沖或QAM調制信號的快速變化包絡而變化。

        如果器件間的溫度漂移是一致且可重復的,一般可以進行額外的溫度補償。在這種情況下,可以使用兩個片外電阻將熱和冷漂移拉回0 dB,獲得總體更好的溫度漂移。

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        在諸如射頻功率計的寬帶應用中,輸出電壓和頻率的變化變得非常重要?;旧?,相對于頻率的變化越大,所需的頻率校準點就越多。用兩類圖形來顯示輸出電壓隨頻率的變化。左側第一張圖是簡單的一系列功率掃描,每條跡線表示特定頻率的傳遞函數。我們同時使用第二類圖形顯示頻率響應。右側圖形顯示了輸出電壓與頻率的關系,每條跡線表示特定的射頻功率水平。該圖對于評估頻率校準點需要相隔多遠非常有用。

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        該圖顯示了新型RMS檢波器LTC5596的頻率響應,其工作頻率高達40 GHz。此器件的重要特性是其頻率響應在如此寬的頻率范圍內保持平坦??梢钥吹?,從大約200 MHz到30 GHz,跡線始終保持在大約60 mV。LTC5596的斜率約為30 mV/dB。使用這兩個數字,我們可以看到這對應于大約2 dB的頻率平坦度;對于此類寬帶器件來說,這是前所未有的。

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        在左邊的圖表中,我們繪制了輸出電壓與輸入電平(dB)的關系曲線。藍色曲線是所謂的線性dB傳遞函數。我們稱其為線性dB,是因為對于輸入端的每dB變化,輸出電壓的變化是恒定的。相比之下,當您將其繪制為電壓輸出與dBm的關系時,左圖中的黑色曲線具有指數特性。這是基于二極管的射頻檢波器的典型響應。

        右圖繪制使用的數據相同,顯示了電壓輸出與電壓輸入的關系?,F在藍色曲線具有對數特性。因此,具有線性dB特性的射頻檢波器常被稱為對數放大器。右邊的黑色曲線變成了一條直線,因此,這種傳遞函數常被稱為線性V/V。每種傳遞函數都有自己的優點和缺點,我們將在后面探討。但是,暫時我們可以說,線性dB器件是對數放大器,往往具有優異的范圍和靈敏度,而線性V/V檢波器往往具有較低的范圍,但在高射頻功率水平下具有出色的分辨率和精度。

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        典型RF檢波器的操作的幾點建議

        使用射頻檢波器所需的基本支持電路具有普遍性。射頻輸入幾乎總是交流耦合。交流耦合電容有時在芯片內部,有時在外部。采用外部交流耦合的器件往往以較低頻率工作。射頻應用一般偏好50歐姆的輸入阻抗。然而,很多射頻檢波器的輸入電阻遠高于此。

        因此,一般會在器件上放置一個外部分流電阻,以使電路的有效輸入電阻為50歐姆。一些射頻檢波器具有便于補償溫度漂移的功能。它通常采用外部施加電壓的形式,推薦用于在特定頻率下優化溫度穩定性。

        由于射頻檢波器有效地將AC信號轉換為DC信號,所以在輸出端將需要對信號進行平均。大多數情況下,器件具有一個可以連接均值電容的引腳。當然,均值水平與輸出對輸入變化的響應時間之間存在隱含的折衷。

        許多射頻檢波器還具有靈活的輸出信號縮放特性。將VOUT引腳直接連到VSET引腳,可以設置標稱斜率。但若通過一個電阻分壓器連接這些引腳,則可以輕松放大輸出。

        主題閱讀:ADI  RF檢波器
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