圖4.使用雙均方根響應(yīng)對(duì)數(shù)檢測(cè)器進(jìn)行增益控制。

通過(guò)檢測(cè)DAC輸出端和HPA輸出端的功率來(lái)測(cè)量信號(hào)鏈的增益。然后通過(guò)調(diào)整VGA的增益來(lái)調(diào)節(jié)增益。在DAC和PA輸出端，采集信號(hào)樣本并饋送到檢波器。在HPA輸出端，定向耦合器用于分接部分流向天線的功率。雙通道檢波器AD8364的傳遞函數(shù)（見(jiàn)圖5）顯示，在所使用的輸出頻率（本例中為2140 MHz）下，檢波器在低于–10 dBm的功率水平下具有最佳的線性度和最穩(wěn)定的溫度漂移。因此，來(lái)自定向耦合器的功率（+最大25 dBm）在施加到檢波器之前必須衰減。如果最大化檢波器動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)用不是關(guān)鍵，則可以將衰減保守地設(shè)置為41 dB，以便檢波器看到–16 dBm的最大輸入功率。這仍然留下了大約34 dB的有用動(dòng)態(tài)范圍，可以控制增益。為了檢測(cè)DAC輸出端的輸入功率電平，在這個(gè)低頻下，定向耦合器是不切實(shí)際的。此外，不需要定向耦合，因?yàn)殡娐分械拇藭r(shí)反射信號(hào)很少或沒(méi)有反射信號(hào)。此外，輸送到VGA的功率為–10 dBm，因此輸送到檢波器的功率僅低6 dB。由于檢波器的輸入阻抗為200 Ω，VGA的輸入阻抗為50 Ω，因此很快就清楚，兩個(gè)器件可以簡(jiǎn)單地并聯(lián)連接。在兩個(gè)輸入端存在相同電壓的情況下，50 至 200 Ω 阻抗比將產(chǎn)生方便的 6 dB 功率差。在需要高測(cè)量精度的情況下，必須注意功率檢測(cè)器的溫度穩(wěn)定性。如果探測(cè)器的溫度漂移特性隨頻率變化，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加復(fù)雜。所示的雙檢測(cè)器提供溫度補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。通過(guò)將電壓連接到每個(gè)檢波器的ADJ引腳來(lái)激活溫度補(bǔ)償（該電壓可以使用2.5 V片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源的電阻分壓器方便地獲得）。低頻輸入（ADJB接地）無(wú)需補(bǔ)償，而ADJA需要1 V補(bǔ)償電壓，以最大限度地降低2.1 GHz的溫度漂移。雖然應(yīng)用電路的重點(diǎn)是增益測(cè)量，但應(yīng)該注意的是，也可以測(cè)量輸入功率和輸出功率。各個(gè)檢測(cè)器的輸出是可用的，可以單獨(dú)采樣。由于檢測(cè)器具有對(duì)數(shù)響應(yīng)功能，因此可以簡(jiǎn)單地減去其輸出以產(chǎn)生增益。該減法在片內(nèi)執(zhí)行，增益結(jié)果以差分電壓形式提供。滿量程差分電壓約為±4 V（偏置至2.5 V），斜率為100 mV/dB。使用LSB大小為~10 mV（±10 V滿量程）的5位ADC進(jìn)行數(shù)字化，可實(shí)現(xiàn)0.1 dB測(cè)量分辨率。

圖5.雙均方根響應(yīng)對(duì)數(shù)檢測(cè)器的增益?zhèn)鬟f函數(shù)。

駐波比測(cè)量示例

雙對(duì)數(shù)檢測(cè)器也可用于測(cè)量天線的反射系數(shù)。在圖6中，使用了兩個(gè)定向耦合器，一個(gè)用于測(cè)量正向功率，另一個(gè)用于測(cè)量反向功率。與前面的示例一樣，在將這些信號(hào)施加到檢測(cè)器之前，需要額外的衰減。AD8302雙通道檢波器的測(cè)量范圍為±30 dB。本示例中使用的水平規(guī)劃如圖 7 所示。在本例中，HPA的預(yù)期輸出功率范圍為30 dB，范圍為+20至+50 dBm。在此功率范圍內(nèi)，應(yīng)該能夠精確測(cè)量從0 dB（短負(fù)載或開(kāi)路負(fù)載）到–20 dB的反射系數(shù)。AD8302的每個(gè)檢波器的標(biāo)稱(chēng)輸入范圍為0至–60 dBm。在本例中，檢波器輸入端的最大正向功率+50 dBm降至–10 dBm。當(dāng)HPA以+20 dBm的最低功率水平發(fā)射時(shí)，檢波器看到的功率為–40 dBm，仍在其輸入范圍內(nèi)。

圖6.使用雙對(duì)數(shù)檢測(cè)器進(jìn)行回波損耗測(cè)量。

圖7.使用雙對(duì)數(shù)檢測(cè)器進(jìn)行駐波比測(cè)量的電平規(guī)劃。

來(lái)自反向路徑的功率按相同的量填充。這意味著該系統(tǒng)能夠測(cè)量高達(dá)0 dB的反射功率。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在反射系數(shù)降至某個(gè)最小值（例如10 dB）以下時(shí)關(guān)閉，則可能不需要這樣做，但這是允許的，因?yàn)樘綔y(cè)器具有如此大的動(dòng)態(tài)范圍。例如，當(dāng)HPA發(fā)射+20 dBm時(shí)，如果天線的回波損耗為60 dB，反向路徑檢測(cè)器的輸入功率將為–20 dBm。應(yīng)用電路提供回波損耗的直接讀數(shù)，但不提供絕對(duì)正向或反向功率的信息。如果需要此信息，增益控制中使用的雙檢波器將更有用，因?yàn)樗鼘⑻峁┙^對(duì)正向和反射功率以及反射系數(shù)的測(cè)量值?；夭〒p耗測(cè)量中使用的雙對(duì)數(shù)檢測(cè)器還提供相位輸出。由于漸進(jìn)式壓縮對(duì)數(shù)放大器的主信號(hào)路徑增益較大，因此輸入信號(hào)的有限（幅度飽和）版本是自然的副乘積。這些限幅器輸出相乘，產(chǎn)生相位檢測(cè)輸出，范圍為180°，以90°的理想工作點(diǎn)為中心。在VSWR應(yīng)用中，該信息構(gòu)成反射信號(hào)的相位角（相對(duì)于入射信號(hào)），可用于優(yōu)化輸送到天線的功率。

使用單個(gè)對(duì)數(shù)檢波器和RF開(kāi)關(guān)測(cè)量放大器增益

圖8顯示了增益測(cè)量的另一種方法，該方法也適用于VSWR測(cè)量。在此應(yīng)用中，需要測(cè)量和控制PA的增益。示例中的PA工作頻率為8 GHz，輸出功率范圍為+20至+50 dBm。這是一個(gè)固定增益PA，因此通過(guò)改變輸入功率來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。兩個(gè)定向耦合器用于檢測(cè)輸入和輸出功率。但是，只有一個(gè)對(duì)數(shù)檢波器，因此兩個(gè)信號(hào)使用單刀雙擲RF開(kāi)關(guān)交替連接到檢波器。AD8317檢波器在此頻率下的輸入范圍為0至–50 dBm。為了測(cè)量增益，輸入和輸出功率交替測(cè)量和數(shù)字化。然后簡(jiǎn)單地減去結(jié)果以產(chǎn)生增益。一旦知道增益，數(shù)字控制環(huán)路就通過(guò)偏置調(diào)整對(duì)PA的增益進(jìn)行任何必要的調(diào)整來(lái)完成。此示例的電平規(guī)劃如圖 9 所示。使用衰減使RF開(kāi)關(guān)上的兩個(gè)輸入功率電平靠近并在檢波器的輸入范圍內(nèi)。

圖8.使用單個(gè)對(duì)數(shù)檢測(cè)器進(jìn)行增益測(cè)量。

圖9.使用單個(gè)對(duì)數(shù)檢測(cè)器進(jìn)行增益測(cè)量的電平規(guī)劃。

無(wú)需工廠校準(zhǔn)即可精確測(cè)量增益

除了減少元件數(shù)量外，這種增益測(cè)量方法還具有許多有趣的功能。由于使用相同的電路來(lái)測(cè)量輸入和輸出功率，因此無(wú)需校準(zhǔn)電路即可進(jìn)行精確、溫度穩(wěn)定的增益測(cè)量。查看對(duì)數(shù)檢測(cè)器的標(biāo)稱(chēng)傳遞函數(shù)將有助于理解原因（參見(jiàn)圖 10）。

為了找出未知的PIN，可以將等式改寫(xiě)為：

由于增益是測(cè)量輸入功率的差異（仍然必須考慮兩條路徑的不同衰減水平），因此可以寫(xiě)為

因此，計(jì)算增益不需要檢波器的截距。即使檢測(cè)器的斜率會(huì)因設(shè)備而異，并且會(huì)隨溫度而變化，如果 V輸出1和 V輸出2彼此接近（可以通過(guò)良好的水平規(guī)劃來(lái)完成，并且由于探測(cè)器的輸入范圍有限），斜率的典型值可以直接從數(shù)據(jù)表中獲取并用于上述計(jì)算。

圖 10.校準(zhǔn)日志檢測(cè)器。

輸出功率監(jiān)控

在使用單個(gè)對(duì)數(shù)檢測(cè)器的增益測(cè)量中，測(cè)量功率以計(jì)算增益，因此所示系統(tǒng)也可用于監(jiān)視輸出功率。但是，如果沒(méi)有工廠校準(zhǔn)，就無(wú)法精確完成此操作。要校準(zhǔn)電路，必須暫時(shí)用功率計(jì)替換天線。然后在檢波器線性范圍內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)測(cè)量輸出功率和檢波器電壓。然后，這些數(shù)字將用于計(jì)算探測(cè)器的斜率和截距。為了獲得最佳精度，檢測(cè)器包括一個(gè)溫度補(bǔ)償引腳。在該引腳和地之間連接一個(gè)電阻，以在工作頻率（所示示例中為0 GHz）將溫度漂移降低至約±5.8 dB。因此，無(wú)需在整個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行任何額外的校準(zhǔn)。

結(jié)論

由于其線性dB傳遞函數(shù)，對(duì)數(shù)放大器可以輕松用于測(cè)量增益和回波損耗。當(dāng)使用雙器件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的測(cè)量精度。在某些情況下，這可以在沒(méi)有工廠校準(zhǔn)的情況下實(shí)現(xiàn)。在所有情況下，都需要仔細(xì)的功率電平規(guī)劃，以便功率檢測(cè)器以提供良好線性度和溫度穩(wěn)定性的功率水平驅(qū)動(dòng)。

審核編輯：郭婷