檢波范圍為95 dB的真RMS RF檢波器

 連接/參考器件

AD8368 800 MHz線(xiàn)性dB VGA，內(nèi)置AGC檢波器

ADL5902 50 MHz至9 GHz、65 dB TruPwr檢波器

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

AD8368客戶(hù)評(píng)估板(AD8368-EVALZ)

ADL5902客戶(hù)評(píng)估板(ADL5902-EVALZ)

EPCOS B5070 SAW濾波器評(píng)估板或等效產(chǎn)品

設(shè)計(jì)和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1. 95 dB RMS響應(yīng)RF檢波器

圖1所示電路是一個(gè)真RMS響應(yīng)功率檢波器，采用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和RMS響應(yīng)功率檢波器提供數(shù)值大約為95 dB的極寬檢波范圍。RMS檢波器在很多應(yīng)用中都十分有用，比如要求對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行精確測(cè)量的接收器和發(fā)射器。由于本電路測(cè)量RMS功率，因此適合用于具有不同波峰因素的系統(tǒng)中。這類(lèi)系統(tǒng)的示例有：GSM/EDGE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA和LTE無(wú)線(xiàn)基站，以及任何使用QAM調(diào)制的系統(tǒng)。

ADL5902 RMS檢波器的檢測(cè)范圍為65 dB，通過(guò)加入線(xiàn)性dB AD8368 VGA可擴(kuò)展至95 dB。ADL5902 TADJ功能用于提供整個(gè)電路的溫度穩(wěn)定性。在VGA之間放置SAW濾波器，減少噪聲的同時(shí)增加靈敏度。這樣還會(huì)縮小電路的頻率范圍以及SAW濾波器的通帶范圍。

電路描述

ADL5902線(xiàn)性dB真RMS響應(yīng)RF檢波器的65 dB范圍可通過(guò)獨(dú)立的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)擴(kuò)展。VGA的增益控制輸入直接從ADL5902 VOUT引腳獲取。它可根據(jù)VGA增益控制范圍擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍(實(shí)際應(yīng)用中，獲得的范圍擴(kuò)展略小)。若VGA還提供線(xiàn)性dB(指數(shù))增益控制功能，那么總測(cè)量范圍將保持線(xiàn)性縮放，單位為dB。VGA增益必須隨其增益偏置的增加而下降，下降方式與ADL5902相同。AD8368可以滿(mǎn)足所有這些條件。圖1顯示電路原理圖。

ADL5902 RMS計(jì)算電路使用VGA分級(jí)架構(gòu)。內(nèi)部線(xiàn)性dB VGA具有負(fù)增益控制斜率，驅(qū)動(dòng)窄范圍RMS檢波器的輸入。該檢波器的輸出電平通過(guò)電流平衡架構(gòu)與第二個(gè)設(shè)定點(diǎn)檢波器輸出進(jìn)行比較;一個(gè)檢波器提供電流，而另一個(gè)檢波器吸取電流。如果兩個(gè)檢波器的輸出電平不相等，那么殘余電流將對(duì)電容進(jìn)行充電或放電;電容值等于內(nèi)部26 pF電容與ADL5902引腳6 (CLPF)上的外部電容的并聯(lián)組合。該配置會(huì)使VOUT值上升或下降。由于VOUT直接連接ADL5902 VGA的增益控制輸入，這樣會(huì)使VGA增益上升或下降，直到兩個(gè)檢波器的輸出電平相等。此時(shí)，VOUT和VGA增益完成建立。由于A(yíng)DL5902 VGA具有線(xiàn)性dB傳遞函數(shù)，VOUT輸出電壓與輸入信號(hào)RMS值的對(duì)數(shù)成正比。

ADL5902的檢測(cè)范圍主要由其內(nèi)部VGA的增益控制范圍確定。因?yàn)檩斎胄盘?hào)隨范圍增加而下降，故VGA控制電壓亦下降，直到VGA到達(dá)最大增益。對(duì)于上升中的大輸入信號(hào)，VGA增益控制電壓亦上升(從而VGA增益下降)，直到達(dá)到最小增益。

在信號(hào)路徑上增加額外的可變?cè)鲆婵蓴U(kuò)展電路的檢測(cè)范圍。此時(shí)，VOUT反饋信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)ADL5902和AD8368的VGA增益控制輸入。AD8368 MODE引腳必須連接低電平，使增益控制斜率為負(fù)。由于A(yíng)D8368 VGA提供增益和衰減(GMAX = 22 dB，GMIN = −12 dB)，因此可同時(shí)擴(kuò)展ADL5902標(biāo)稱(chēng)測(cè)量范圍的上限和下限。但是，若要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的范圍擴(kuò)展，則驅(qū)動(dòng)AD8368增益控制引腳的電壓必須正確調(diào)整。

雖然ADL5902 RMS檢波器的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓范圍為0 V至3.5 V，但AD8368 VGA需要0 V至1 V控制電壓范圍才能完全實(shí)現(xiàn)其34 dB增益控制范圍。因此，VOUT反饋電壓必須向下縮放3.5倍。使用電阻分壓器(圖1中的R1和R15)即可輕松實(shí)現(xiàn)。

圖2顯示當(dāng)輸入功率以167 MHz掃描時(shí)得到的傳遞函數(shù)。采用4點(diǎn)校準(zhǔn)法可獲得最佳線(xiàn)性度，校準(zhǔn)點(diǎn)為：+15 dBm、−15 dBm、−55 dB和−70 dBm。也可采用2點(diǎn)校準(zhǔn)法，但在輸入功率范圍內(nèi)線(xiàn)性度會(huì)有所下降。

注意，本電路中未使用AD8368板載RF檢波器和自動(dòng)電平控制(ALC)功能。因此，AD8368上的DETI和DETO引腳可保持開(kāi)路狀態(tài)。

圖2. 95 dB RMS響應(yīng)RF檢波器傳遞函數(shù)(167 MHz下測(cè)量)

RF輸入功率靈敏度

為了獲得圖2中的出色靈敏度，必須在VGA和檢波器之間放置一個(gè)窄帶濾波器，如圖1所示。若沒(méi)有濾波器，AD8368的寬帶輸出噪聲將會(huì)覆蓋ADL5902的低端靈敏度特性。圖3顯示使用ADIsimRF進(jìn)行AD8368輸出噪聲計(jì)算的屏幕截圖。存在最小輸入信號(hào)時(shí)，AD8368 VGA增益最大。若3 dB帶寬為800 MHz并假設(shè)一階滾降，則使用1272 MHz等效噪聲帶寬(即800 MHz乘以1.57)計(jì)算VGA的輸出噪聲功率。這樣可以得到輸出噪聲功率水平為大約−51 dBm，即大致等于A(yíng)DL5902的標(biāo)稱(chēng)輸入靈敏度以上10 dB。因此，為了達(dá)到最大低端靈敏度，一定程度的濾波是必要的。

圖4顯示電路中加入中心頻率為167 MHz的EPCOS B5070 SAW濾波器后，進(jìn)行相同的噪聲計(jì)算。在該計(jì)算中，分析帶寬降至與SAW濾波器帶寬相同(18 MHz)。

由于噪聲帶寬大幅縮小，并且濾波器插入損耗為7.3 dB，VGA/SAW組合的集成輸出噪聲大幅下降至−77 dBm，遠(yuǎn)低于A(yíng)DL5902 RMS檢波器的輸入靈敏度。這樣可確保VGA增益最大時(shí)，電路性能不會(huì)受限于噪聲。

圖3. 使用ADIsimRF計(jì)算AD8368 VGA輸出噪聲（增益為最大值） 

圖4. 使用ADIsimRF計(jì)算AD8368 VGA輸出噪聲(使用帶寬為18 MHz的167 MHz SAW濾波器)

溫度穩(wěn)定性

ADL5902具有溫度補(bǔ)償功能。設(shè)置TADJ引腳(引腳1)上的電壓可優(yōu)化特定工作頻率下的檢波器截距溫度穩(wěn)定性。在圖1所示的范圍擴(kuò)展電路中，VGA增益的任何溫度變化都會(huì)使電路的整體漂移逐dB下降(例如，VGA增益溫度的1 dB漂移將使整體溫度穩(wěn)定性下降1 dB)。對(duì)于A(yíng)D8368 VGA，AD8368數(shù)據(jù)手冊(cè)中的圖5顯示增益隨溫度的變化而發(fā)生大約±0.7 dB的漂移。應(yīng)注意VGA傳遞函數(shù)的截點(diǎn)發(fā)生了漂移(也就是說(shuō)，所有增益的增益漂移誤差不變)。因此，檢波器和VGA具有相似的溫度漂移特性。通過(guò)調(diào)節(jié)ADL5902 TADJ引腳上的電壓，則檢波器和VGA的組合溫度漂移可得到補(bǔ)償。對(duì)于167 MHz工作頻率而言，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定0.2 V的TADJ電壓能夠提供圖2中所達(dá)到的最佳溫度補(bǔ)償。

常見(jiàn)變化

可以修改電路，以便適用于不同的中心頻率、帶寬和濾波器插入損失。如前所述，使用B5070濾波器，則當(dāng)AD8368 VGA增益最大時(shí)，ADL5902的輸入噪聲為−77 dBm。增加濾波器帶寬將增加噪聲水平。理想情況下，VGA輸出噪聲水平應(yīng)保持在檢波器的輸入靈敏度水平以下(約為−60 dBm)。

濾波器的中心頻率也可增大或減小。中心頻率的增大將最終受限于A(yíng)D8368 VGA線(xiàn)性度的下降和增益控制范圍的縮小，而該VGA的3 dB中心頻率為800 MHz。也可選擇中心頻率較低的SAW濾波器，但低頻工作性能受限于A(yíng)DL5902，而該器件的工作頻率低至50 MHz。此頻率限制由ADL5902的內(nèi)部交流耦合所驅(qū)動(dòng)。

可使用分立式LC濾波器，作為SAW濾波器的替代器件。應(yīng)當(dāng)考慮濾波器的帶寬和插入損失。

該電路也可不使用濾波器。然而，如前所述，不使用濾波器將極大地限制低端靈敏度。圖5顯示不使用濾波器的情況下，輸出電壓與輸入功率的關(guān)系曲線(xiàn)。圖中，低輸入功率水平下的輸出電壓和誤差曲線(xiàn)中較長(zhǎng)的非線(xiàn)性弧形部分表示下降的輸入信號(hào)被VGA噪聲所覆蓋。

AD8368 VGA輸入匹配網(wǎng)絡(luò)(L1，R3)非窄帶匹配電路。因此，假如選擇的工作頻率并非167 MHz，那么它應(yīng)當(dāng)保持在該范圍之內(nèi)。

圖5. 移除SAW濾波器后的電路傳遞函數(shù)

也可使用ADL5906線(xiàn)性dB RMS檢波器作為ADL5902的替代器件。但是，該器件的溫度補(bǔ)償功能將補(bǔ)償檢波器斜率的溫度漂移(ADL5902 TADJ功能補(bǔ)償截點(diǎn)漂移)。由于A(yíng)D8368 VGA的溫度漂移主要基于截點(diǎn)，ADL5906溫度補(bǔ)償功能不會(huì)降低VGA對(duì)整個(gè)溫度漂移的貢獻(xiàn)。

本電路的工作頻率范圍可通過(guò)寬帶前端混頻器和頻率捷變PLL頻率合成器擴(kuò)展。此時(shí)，待測(cè)頻率向下混頻至SAW濾波器的中心頻率。這類(lèi)電路的工作頻率將僅受限于混頻器和PLL頻率合成器的頻率范圍。

電路筆記CN-0178描述了ADL5902的輸出端如何與12位精密ADC AD7466實(shí)現(xiàn)接口。

有關(guān)CN-0340的完整原理圖、布局文件和物料清單可參考CN-0340設(shè)計(jì)支持包：www.analog.com/CN0340-DesignSupport。

電路評(píng)估與測(cè)試

使用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估板并對(duì)跳線(xiàn)稍作修改與調(diào)整，即可輕松搭建該電路。ADI提供配置齊全的AD8368和ADL5902評(píng)估板(ADL5902-EVALZ、AD8368-EVALZ)。EPCOS提供配置齊全的B5070 SAW濾波器。此板集成所需的4個(gè)匹配元件：LS1、LP2、LS3、LP4，如圖1所示。測(cè)試配置的功能框圖如圖6所示。

設(shè)備要求

如需執(zhí)行本電路筆記所述之測(cè)量步驟，則需使用下列設(shè)備(或等效設(shè)備)：

· AD8368評(píng)估板(AD8368-EVALZ)

· ADL5902評(píng)估板(ADL5902-EVALZ，如下所示進(jìn)行修改)

· 評(píng)估板上的SAW濾波器(EPCOS B5070，167 MHz或等效器件)

· RF信號(hào)發(fā)生器： Agilent 8648C、Rohde & Schwarz SMT03或SMIQ

· 5 V、400 mA電源： Agilent E3631A

· 萬(wàn)用表： Agilent 34,401A

設(shè)置與測(cè)試

由于全部三塊評(píng)估板均提供50 Ω接口，因此它們可通過(guò)桶形SMA連接器直接連接。ADL5902檢波器輸出端返回至AD8368 VGA增益控制輸入端的連接可方便地通過(guò)SMA電纜或芯片引腳實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗且粋€(gè)低速信號(hào)?？s小ADL5902檢波器輸出電壓所需的電阻分壓器可通過(guò)在A(yíng)DL5902評(píng)估板的R1 (3.83 kΩ)和R15 (1.5 kΩ)焊盤(pán)上表貼安裝電阻實(shí)現(xiàn)。在167 MHz時(shí)，優(yōu)化電路溫度穩(wěn)定性的TADJ電壓可通過(guò)R9/R12電阻分壓器設(shè)置，該分壓器以2.3 V片上基準(zhǔn)電壓源作為輸入。若要將TADJ電壓設(shè)為推薦的0.2 V電平，可將R9改為3.09 kΩ(R12保持現(xiàn)有值，即301 Ω)。

用來(lái)評(píng)估電路的主要測(cè)量設(shè)備是：工作頻率為167 MHz的RF信號(hào)發(fā)生器(例如：Agilent 8648C、Rohde & Schwarz SMT03、SMIQ或等效設(shè)備)、5 V電源(Agilent E3631A或等效設(shè)備)以及數(shù)字電壓表(例如：Agilent 34401A或等效設(shè)備)。

對(duì)于精密RF檢波器功率掃描而言，通常建議使用RF功率計(jì)測(cè)量檢波器的源功率(例如：來(lái)自信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)分為一半輸入檢波器，另一半輸入RF功率計(jì))。但是，在這種情況下，使用RF功率計(jì)覆蓋95 dB檢測(cè)范圍非常困難。因此，使用信號(hào)發(fā)生器的輸出功率顯示作為源功率讀數(shù)。建議選擇已知具有精確輸出功率水平顯示的RF信號(hào)發(fā)生器，特別是在低功率水平和高功率水平下具有精確的輸出功率水平顯示。

修訂歷史

2013年11月—修訂版0： 初始版