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基于LT5581 RMS射频检测器解决射频功率检测的问题

文章出处:竞博官网 人气:发表时间:2020-11-27 00:12

  链路的目标与雷达系统的目标非常不同。需要检测相对功率水平的RF系统用户可以选择三种主要类型的检测器IC,通常称为RMS,日志和峰值类型。这些不同的探测器提供响应时间,峰值与RMS值的灵敏度,动态范围和精度的不同组合,引用一些关键规范。每种类型都使用非常不同的内部

  今天的可以提供并超越几年前实现的难度和成本高的性能,以及功耗更低的小型封装。结果,许多不使用RF功率检测或仅采用近似方法的应用现在能够受益于更复杂和准确的技术。在通常的产品反馈环路中,改进的组件可以驱动更好的系统,从而推动对更好的组件的需求,当今的系统需要更高级别的检测器功能,以实现高性能,低成本,低功耗和小型化足迹。

  大多数RF设备必须监控并控制其RF功率输出,以符合政府法规,最大限度地减少RF干扰,并最大限度地降低功耗。发送器也出于以下原因这样做:1)最小化发射功率以增加运行时间; 2)最小化功耗。

  对于接收信号路径,RF功率检测也是一项关键功能。需要监视接收的RF功率以调整增益,其中RSSI(接收信号强度指示器)用于通过AGC(自动增益控制)电路控制RF/IF信号链的增益,以保持恒定,优化的信号电平,用于后续的模数转换(如果有的话)和解调。 RSSI信号还用于控制发送信道,以便最小化发送功率,同时还保持可接受的最小BER(误码率)。由于这些原因,精确的RF功率检测在接收器和发射器中都很重要。

  请注意,此RF功率检测与RF功率测量不同,尽管术语中存在一些混淆,模糊和重叠。 RF功率检测通常用于指代由电子电路内的电压(和电流)表示的RF功率的测量(通常作为相对值);相反,RF功率测量是直接测量空间或空中RF无线信号的功率(通常作为绝对值)。

  对于前一种情况,电路中使用了各种IC和模块;对于后者,专用传感器(通常基于热电偶)拦截撞击的RF能量,然后将其热能转换为对应于RF功率的电压。 [回想一下,功率和能量是密切相关的参数:能量是功率的时间积分,而功率是能量的时间导数,即能量接收或来源的速率。

  有三个用于解决RF功率检测问题的架构,它们通常用RF IC实现(尽管在某些特殊情况下,必须采用模块或混合技术):均方根(RMS),对数(log)和肖特基峰(也称为信封)。当然,每个都涉及不同的内部电路。从用户角度来看,每个都具有性能属性,使其成为特定频率范围,响应时间和信号形状以及成本和功耗问题的更好解决方案。无论何种类型,所有RF功率检测器都有详细的数据表,其中包含大量图表,详细说明了关键参数的各种变化的性能。

  RMS功率检测器产生的直流电压与均方根(RMS)输入功率的对数成线性比例,直接缩放为mV/dB 。这些探测器具有高线 dB范围内通常优于±1 dB,并且可以在GHz范围内工作。精心设计的RMS测量IC可以提供精确的RF功率读数,在±0.2 dB范围内,即使波形内容具有高波峰因数(信号的峰值与RMS值之比)。

  这使得这些探测器非常适合在测量扩频CDMA/W-CDMA,OFDM,WiMax和高阶QAM调制系统中发现的复杂波形时评估射频功率的挑战,这些系统的波峰因数可以为10到10 15分贝。这种波形存在于LTE,3G,4G和5G无线设备中,主要是智能手机,特别是蜂窝基站(其要求比手机本身要求更高)。

  具有代表性的RMS探测器是凌力尔特公司的LT5581,工作频率范围为10 MHz至6 GHz,动态范围为40 dB,适用于GSM/EDGE,CDMA,CDMA2000,W-CDMA,TD-SCDMA,UMTS,LTE和WiMAX等无线标准等等。它以线性标度输出与RF输入信号功率成比例的线性标度,单位为dBm。 RMS探测器采用专有技术精确测量-34 dBm至+6 dBm(2.14 GHz)调制信号的RF功率,波峰因数高达12 dB。

  图1显示LT5581在整个工作范围内用作功率放大器电平控制,使用定向耦合器作为功率传感器。由于它所监测的波形类型将具有不同的波峰因数,因此供应商提供了一个图表,显示了不同功率水平下的波峰误差(图2)。

  图1:LT5581 RMS射频检测器可用于评估10 MHz至6 GHz的RF PA功率,此处使用PA输出和天线输入之间的定向耦合器进行显示。

  图2:由于LT5581用于多种信号类型,并且性能取决于被监测信号的波峰因数,因此数据表显示其与各种信号的线性关系格式功率检测

  对数放大器检测器(有时称为连续检测对数视频放大器)提供的直流输出电压与其对数线性成比例输入功率;他们没有回应RMS值。它们非常适合测量宽动态范围的信号,从DC到微波频率,最高可达100 dB。它们具有非常高的灵敏度,因此非常适合极低的信号电平。精度在±0.2 dB范围内,与RSSI和TSSI(发射信号强度指示器)功能的需求兼容。对于脉冲RF信号,日志类型可能是一个很好的选择,因为它的响应时间很快(大约为nsec)。

  对数探测器解决了确定电路增益的另一个问题。这通常需要将输出功率读数除以输入读数。这样做对于高速模拟电路来说是足够困难的操作,但由于信号频率的原因,通过数值计算处理是完全不切实际的。输入和输出必须都被数字化,然后使用极高的计算工作量;即使技术上可行,也会造成成本高昂并消耗相当大的功率。然而,当使用两个对数检测器时,可以通过从输出读数中减去输入信号读数来测量电路的功率增益,这可以使用简单的模拟减法电路来完成。

  此类功率检测器的一个例子是德州仪器(TI)的LMV225(图3),旨在用于450 MHz至2 GHz的CDMA和WCDMA应用。其输出是精确的温度和电源补偿电压,与输入功率线性相关,以dBm为单位,在30 dB动态范围内。在典型应用中,它用于PA功率控制(图4)。典型的RF功率检测器,数据表包括许多基本性能曲线以及显示由于参数变化引起的行为的图表(图5)。

  图3:LMV225对数检波器由三个10 dB级组成,总范围为30 dB。

  图4:LMV225的一个常见应用是通过一个小RC来测量发射链功率放大器的相对输出阻抗匹配网络。

  图5:LMV225输出电压和对数性能与2 GHz射频输入功率的关系曲线显示了射频检测器特性的复杂性。

  RF肖特基峰值(包络)检测器将基于肖特基二极管和缓冲放大器的温度补偿峰值检测器组合在一个小型封装中。这是经典模拟峰值检测器的高频RF实施例,原理上是一个简单的电路,它只需要一个二极管,缓冲放大器和小值保持电容来跟踪信号的“包络”,从而提供输出这是该信封的峰值。

  在RF优化版本中,使用片内肖特基二极管检测输入电压峰值,以实现最低压降和最快响应;检测到的电压被缓冲并出现在放大器输出端。该探测器非常适用于雷达等应用,其中接收信号的形状不如其峰值重要,后者提供诸如目标类型和雷达截面等信息。通常还选择它来解决TSSI/RSSI电路,功率放大器(PA)线性化和宽带功率监测中的问题。

  峰值检测器具有非常快的响应,这也很重要,因为许多雷达信号(以及它们的返回回波)发送非常短的脉冲以最小化信号“阴影周期”,在此期间接收的回波被发送脉冲遮蔽。主要应用包括电子战,智能和对策,以及宽带测试和测量。

  Maxim MAX2204是一款峰值检波器,工作频率范围为450 MHz至2.5 GHz(图6),具有输出电压随着输入功率的增加,在-16 dBm至+5 dBm的检测范围内单调增加。小型SC-70 5引脚IC可补偿温度和工艺偏移,在全输入功率下输出变化小于±0.5 dB,在较低功率时小于±1.5 dB。它还具有几百微秒的响应时间(图7),与无线和蜂窝应用相当(请注意,高性能雷达系统的峰值检测器的响应时间要快几个数量级,但具有更高的功耗和成本)。

  图7:MAX2204的响应时间与采用450 MHz至2.5 GHz标准的无线设备的需求完全匹配范围。

  无论选择哪种射频功率检测器,温度性能始终是一个重要的考虑因素,原因有二。首先,它们使用诸如二极管之类的模拟组件,其具有固有温度系数(温度系数)并因此伴随温度的相关漂移。其次,许多RF功率检测器用于苛刻的应用,例如军事和航空航天设计,其中极低温和高温是不可避免的。

  RF功率检测器的供应商通过结合使用包括电路元件的激光微调和巧妙的电路拓扑结构的技术来最小化温度系数效应,其中一些漂移相关的误差相互抵消。但是,这些探测器的用户不仅应该考虑基本的性能规格,例如标称温度下的精度,还要考虑相关极端温度下的规定性能。

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  1A是RF晶体管,30 V,300 mA,f T = 3.5 GHz,NPN单PCP用于高频中输出放大器应用。 特性 高fT:(fT = 3.5GHz典型值) 大电流:( IC = 300mA) 大容许集电极耗散(最大1.3W) 电路图、引脚图和封装图

  0RG 特性 该器件可以在共发射极或共基极模式的操作中用于集电极电流为100μA至20 mA的低噪声UHF / VHF放大器,此外还可用于低频漂移和高输出UHF振荡器。 采用工艺42设计。 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图

  0为无源和有源电缆应用提供小尺寸解决方案。 28V容差VCONN和CC提供VBUS短路保护。一个FUSB380可用于VCONN至Type-C™电缆应用,或者每个插头可使用两个FUSB380,并避免通过Type-C™电缆路由VCONN的高成本。 FUSB380提供业界领先的低至2.4 V的VCONN工作范围。 特性 集成USB-PD 3.0协议层和设备策略引擎 5x可编程用于不同的电缆配置 USB PD 2.0和3.0支持 现场可编程用于不同的电缆配置 SOP信号支持 28 V容差CC和VCONN VCONN1和VCONN2之间的集成隔离 2.4V - 5.5V VCONN操作 占地面积小 低功率 无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 终端产品 无源电缆 有源电缆 电路图、引脚图和封装图...

  NCV8161 LDO稳压器 450 mA 低压差 低Iq 超高PSRR 超低噪声

  1是一款线 mA输出电流。 NCV8161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有TSOP-5和XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm。 类似产品:

  NCV8135 LDO稳压器 500 mA 超低压降 低Iq 超高PSRR 低噪声

  5是一款500 mA LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(V BIAS )。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCV8135具有低I Q 消耗。 NCV8135采用WRFN6 2 mm x 2 mm封装,可润湿侧面选项可用于增强型光学检测。 类似产品: NCV8130 NCV8133 NCV8135 NCV8720 输出电流(A) 0.30 0.50 0.35 PSRR f = 1 kHz(dB) 65 70 73 65 压差电压(V) 0.075 0.140 0.053 0.110 可湿性侧翼 否 否 是 是 特性 优势 Typ的超低压降。 53mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 保证输出电流从0mA到500mA 高电流应用的最佳选择 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用程序 可用的可湿面板包装选项 允许增强光学检测。 Typ的极低偏置输入电流。 35μA 输出有效放电选项 应用 终端产品 汽车,电池供电和便携式设备 图像传感器应用 汽车相机模块 电路图、引脚图和封装图...

  00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCV59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 汽车信息娱乐系统 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 网络设备 工业控制 电路图、引脚图和封装图...

  NCV8160 LDO稳压器 250 mA 超低压降 低Iq 超高PSRR 超低噪声

  0是一款线 mA输出电流。 NCV8160器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm。 类似产品:

  是一款50 mA低噪声,低压差(LDO)线性稳压器,旨在实现快速导通时间,低噪声和高纹波抑制。该器件坚固耐用,集成了限流和温度保护电路。 NCP508设计用于低成本陶瓷电容器,采用SC-88A或1.5x1.5 mm的小型WDFN封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.8,3.0和3.3。可以使用其他电压以及该设备的汽车合格版本:联系您当地的销售代表。 特性 优势 没有旁路电容的39 uVrms的极低噪声 适合音频或测量应用 快速启用响应(20 usec) 快速响应开启信号 1 kHz时高达70 dB的纹波抑制 从电池或噪声电源提供干净的电压轨 可以使用ESR范围为毫欧至3欧姆的去耦电容。 适用于廉价的陶瓷电容器 应用 终端产品 手机中的RF子系统 噪声敏感电路; VCO,PLL 蓝牙耳机 仪表,仪表 电路图、引脚图和封装图...

  4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...

  MC33762 LDO稳压器 80 mA 1 V 双路输出 高PSRR 低噪声 带开/关控制

  2是一款双路低压差(LDO)线性稳压器,具有出色的噪声性能。由于其创新设计,该电路在没有外部旁路电容的情况下达到令人印象深刻的40μVRMS噪声水平。这款线封装,是空间和噪声非常高的理想设计者选择。 没有外部带隙电容可加快唤醒信号的响应时间并将其保持在40μs,使MC33762 LDO线性稳压器成为便携式应用的理想选择。 MC33762还采用了一种新颖的架构,可以防止在快速瞬态突发中出现过多的下冲,就像在任何爆破系统中一样。最后,静态线dB,它自然地屏蔽下游电子设备免受波动线的影响。 特性 标称输出电流为80mA,峰值能力为100mA 超低噪音:150nV / sq。根Hz @ 100Hz,40mVRMS 100Hz - 100kHz典型值,I out = 60mA,Co = 1mF 从OFF到ON的快速响应时间:40ms典型 为1.0 V平台做好准备:ON 900 m V高电平 典型压降90mV @ 30mA,160mV @ 80mA 纹波抑制:70dB @ 1kHz 1.5%输出精度@ 25°C 热关机 V out 可在2.5 V,2.8 V和3.0 V下使用 每个调节器的单独骰子提供调节器之间的最大隔离 工作温度范围...

  NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

  5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...

  7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...

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