【導讀】一款非常寬帶的新型 RMS 功率檢波器為微波設計工程師在微波頻率實(shí)現復雜調制信號的準確功率測量解決了許多難題。 LTC5596RMS 功率檢波器擁有以下主要優(yōu)勢:從 100MHz 高達 40GHz (Ka 波段) 的寬輸入頻率范圍;完全阻抗匹配至 50Ω,并不需要任何外部匹配組件。
● 35dB 對數線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍,在 I 級器件外殼溫度范圍內(-40°C至+105°C) 具有 ±1dB 準確度。還可提供工作溫度高達 125°C 的H 級器件。
● 非常平坦的頻率響應; 200MHz 至 30GHz 之間的響應移位通常小于 ±1dB。
● 高輸出驅動(dòng)能力,能驅動(dòng) 50Ω 負載。
● 高的 ESD 額定值(3.5kV HBM 和 1.5kV CDM) 使其易于在生產(chǎn)環(huán)境中處理。
● 響應對于大的峰均功率比(PAPR) 非常不敏感,從而使其很適合于高度復雜波形的準確測量,并不需要進(jìn)行大量的校準工作。
LTC5596 的 RF 輸入準確地阻抗匹配至 50Ω (從 100MHz 至高達 40GHz),如圖 1 中的實(shí)測回程損耗所示。

圖 1:輸入回程損耗與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)
RF 輸入的“地-信號-地”配置 (圖 2) 專(zhuān)為在 5 密耳厚的 RO3003 或相似襯底上與一個(gè)共面接地波導無(wú)縫對接而設計,并不需要任何外部匹配組件。

圖 2:LTC5596 引出腳配置和接口連接
此外, LTC5596 的響應在一個(gè)寬輸入頻率范圍內幾乎沒(méi)有什么變化。這最大限度地降低了在不同頻率進(jìn)行響應校準的需要。如圖 3 所示,由于響應的頻率相依性所引起的測量誤差(相對于在 5.8GHz 頻率的響應)在 200MHz 至 30GHz 的頻率范圍內小于 ±1dB。

圖 3:表示為輸入功率測量誤差的檢波器響應之頻率相依性 (相對于 5.8GHz)
就其本性而言,均方根 (RMS) 功率檢波器非常適合準確地測量任意波形的平均功率。這是因為此類(lèi)器件精確地執行用于平均功率(與信號平方的平均值成比例)的定義公式。其他類(lèi)型的功率檢波器(例如:肖特基二極管檢波器或解調對數放大器)則執行稍有不同的操作,這些操作常常涉及信號包絡(luò )。每當輸入波形(但不是平均功率電平)改變時(shí),這會(huì )引起其響應發(fā)生變化。新式通信系統廣泛地使用復雜調制的高 PAPR 信號 (OFDM、WCDMA),并根據(無(wú)線(xiàn)電)鏈路的質(zhì)量自適應地進(jìn)行調制和代碼的調整。這確實(shí)導致了數以千計 PAPR 差別很大的不同波形。在這樣的環(huán)境中,采用非 RMS 功率檢波器實(shí)現所需的功率測量準確度 (一般為±1dB) 常常只能利用廣泛全面和耗時(shí)費力的校準、以及接收波形類(lèi)型的先驗知識來(lái)完成。當采用 LTC5596 RMS 功率檢波器時(shí),對于高達 Ka 波段頻率的信號而言,此類(lèi)校準通常就不再是必不可少了。
在許多應用中, RF 信號的功率電平通常是在 dB 標度上規定的(這種做法的動(dòng)機之一是傳輸通路損耗近似為對數線(xiàn)性與距離的關(guān)系)。 LTC5596 產(chǎn)生一個(gè)與其輸入端口上的平均功率電平 (rms 信號電平,單位為dBm) 成比例的 (DC) 輸出電壓。另外,響應在寬工作溫度范圍內也是非常穩定的,從而在整個(gè)工作溫度范圍內通常產(chǎn)生小于 ±1dB 的誤差,如圖 4 所示。

圖 4:LTC5596 在 30GHz 的對數線(xiàn)性響應,和相對于 25oC 時(shí)的擬合理想對數線(xiàn)性轉移的誤差。
在 LTC5596 -37dBm 至-2dBm 動(dòng)態(tài)范圍內的任何一點(diǎn)上,輸入功率的 1dB 變化都會(huì )導致 29mV 的輸出電壓變化。例如,針對一個(gè) 1dB 功率步進(jìn),二極管型檢波器或電壓線(xiàn)性功率檢波器在高功率電平上產(chǎn)生的輸出信號變化遠遠小于其在低功率電平上產(chǎn)生的輸出信號變化。這使得它非常難以在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內實(shí)現足夠準確的功率測量。通過(guò)把一個(gè) ADC 連接至 LTC5596 輸出,可在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內獲得具有恒定和高分辨率的實(shí)測功率數字表示。
此外, LTC5596 還提供了一種簡(jiǎn)單方法以對輸出信號實(shí)施額外的濾波,這適用于降低殘留的高頻紋波和噪聲??扇菀椎乩眠B接在 OUT 和 FLTR 之間的單個(gè)電容器縮減器件內部之輸出驅動(dòng)器放大器的帶寬,并不會(huì )犧牲器件的電流驅動(dòng)能力。采用幾十 pF 電容通常就足夠了?;蛘?,也可以把一個(gè)濾波器連接至器件的OUT 接口。 LTC5596 的高驅動(dòng)能力允許一個(gè)很寬的阻抗范圍,而不會(huì )改變功率測量準確度。 LTC5596 非常適合低占空比應用,在此類(lèi)應用中器件僅在一小部分時(shí)間里處于運行狀態(tài)。在停機模式中輸出接口變至高阻抗,這最大限度地減少了輸出濾波器中大電容器的放電,并確保一旦器件被重新使能可實(shí)現快速穩定。
LTC5596 的 I 級 (-40°C 至 105°C 外殼溫度) 和 H 級 (-40°C 至 125°C 外殼溫度) 器件采用小型 2x2 DFN-8 封裝。 H 級器件保證對其對數斜率和截取參數具有較嚴格的限值,這簡(jiǎn)化或甚至免除了工廠(chǎng)校準的需要。
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