【導(dǎo)讀】一款非常寬帶的新型 RMS 功率檢波器為微波設(shè)計(jì)工程師在微波頻率實(shí)現(xiàn)復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的準(zhǔn)確功率測(cè)量解決了許多難題。 LTC5596RMS 功率檢波器擁有以下主要優(yōu)勢(shì)：從 100MHz 高達(dá) 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(duì)數(shù)線性動(dòng)態(tài)范圍，在 I 級(jí)器件外殼溫度范圍內(nèi)(-40°C至+105°C) 具有 ±1dB 準(zhǔn)確度。還可提供工作溫度高達(dá) 125°C 的H 級(jí)器件。
● 非常平坦的頻率響應(yīng)； 200MHz 至 30GHz 之間的響應(yīng)移位通常小于 ±1dB。
● 高輸出驅(qū)動(dòng)能力，能驅(qū)動(dòng) 50Ω 負(fù)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(yīng)對(duì)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(fù)雜波形的準(zhǔn)確測(cè)量，并不需要進(jìn)行大量的校準(zhǔn)工作。
LTC5596 的 RF 輸入準(zhǔn)確地阻抗匹配至 50Ω (從 100MHz 至高達(dá) 40GHz)，如圖 1 中的實(shí)測(cè)回程損耗所示。
圖 1：輸入回程損耗與頻率的關(guān)系曲線
RF 輸入的“地-信號(hào)-地”配置 (圖 2) 專為在 5 密耳厚的 RO3003 或相似襯底上與一個(gè)共面接地波導(dǎo)無縫對(duì)接而設(shè)計(jì)，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(yīng)在一個(gè)寬輸入頻率范圍內(nèi)幾乎沒有什么變化。這最大限度地降低了在不同頻率進(jìn)行響應(yīng)校準(zhǔn)的需要。如圖 3 所示，由于響應(yīng)的頻率相依性所引起的測(cè)量誤差(相對(duì)于在 5.8GHz 頻率的響應(yīng))在 200MHz 至 30GHz 的頻率范圍內(nèi)小于 ±1dB。
圖 3：表示為輸入功率測(cè)量誤差的檢波器響應(yīng)之頻率相依性 (相對(duì)于 5.8GHz)
就其本性而言，均方根 (RMS) 功率檢波器非常適合準(zhǔn)確地測(cè)量任意波形的平均功率。這是因?yàn)榇祟惼骷_地執(zhí)行用于平均功率(與信號(hào)平方的平均值成比例)的定義公式。其他類型的功率檢波器(例如：肖特基二極管檢波器或解調(diào)對(duì)數(shù)放大器)則執(zhí)行稍有不同的操作，這些操作常常涉及信號(hào)包絡(luò)。每當(dāng)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(yīng)發(fā)生變化。新式通信系統(tǒng)廣泛地使用復(fù)雜調(diào)制的高 PAPR 信號(hào) (OFDM、WCDMA)，并根據(jù)(無線電)鏈路的質(zhì)量自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)制和代碼的調(diào)整。這確實(shí)導(dǎo)致了數(shù)以千計(jì) 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(xiàn)所需的功率測(cè)量準(zhǔn)確度 (一般為±1dB) 常常只能利用廣泛全面和耗時(shí)費(fèi)力的校準(zhǔn)、以及接收波形類型的先驗(yàn)知識(shí)來完成。當(dāng)采用 LTC5596 RMS 功率檢波器時(shí)，對(duì)于高達(dá) Ka 波段頻率的信號(hào)而言，此類校準(zhǔn)通常就不再是必不可少了。
在許多應(yīng)用中， RF 信號(hào)的功率電平通常是在 dB 標(biāo)度上規(guī)定的(這種做法的動(dòng)機(jī)之一是傳輸通路損耗近似為對(duì)數(shù)線性與距離的關(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(hào)電平，單位為dBm) 成比例的 (DC) 輸出電壓。另外，響應(yīng)在寬工作溫度范圍內(nèi)也是非常穩(wěn)定的，從而在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)通常產(chǎn)生小于 ±1dB 的誤差，如圖 4 所示。
圖 4：LTC5596 在 30GHz 的對(duì)數(shù)線性響應(yīng)，和相對(duì)于 25oC 時(shí)的擬合理想對(duì)數(shù)線性轉(zhuǎn)移的誤差。
在 LTC5596 -37dBm 至-2dBm 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的任何一點(diǎn)上，輸入功率的 1dB 變化都會(huì)導(dǎo)致 29mV 的輸出電壓變化。例如，針對(duì)一個(gè) 1dB 功率步進(jìn)，二極管型檢波器或電壓線性功率檢波器在高功率電平上產(chǎn)生的輸出信號(hào)變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其在低功率電平上產(chǎn)生的輸出信號(hào)變化。這使得它非常難以在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)足夠準(zhǔn)確的功率測(cè)量。通過把一個(gè) ADC 連接至 LTC5596 輸出，可在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)獲得具有恒定和高分辨率的實(shí)測(cè)功率數(shù)字表示。
此外， LTC5596 還提供了一種簡(jiǎn)單方法以對(duì)輸出信號(hào)實(shí)施額外的濾波，這適用于降低殘留的高頻紋波和噪聲。可容易地利用連接在 OUT 和 FLTR 之間的單個(gè)電容器縮減器件內(nèi)部之輸出驅(qū)動(dòng)器放大器的帶寬，并不會(huì)犧牲器件的電流驅(qū)動(dòng)能力。采用幾十 pF 電容通常就足夠了。或者，也可以把一個(gè)濾波器連接至器件的OUT 接口。 LTC5596 的高驅(qū)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(cè)量準(zhǔn)確度。 LTC5596 非常適合低占空比應(yīng)用，在此類應(yīng)用中器件僅在一小部分時(shí)間里處于運(yùn)行狀態(tài)。在停機(jī)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(xiàn)快速穩(wěn)定。
LTC5596 的 I 級(jí) (-40°C 至 105°C 外殼溫度) 和 H 級(jí) (-40°C 至 125°C 外殼溫度) 器件采用小型 2x2 DFN-8 封裝。 H 級(jí)器件保證對(duì)其對(duì)數(shù)斜率和截取參數(shù)具有較嚴(yán)格的限值，這簡(jiǎn)化或甚至免除了工廠校準(zhǔn)的需要。
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