干货｜为什么RF检波器中的二极管弗成替代？_检波器_功率

本日为大家分享的内容把基于二极管的RF和微波产品与集成电路替代产品相比拟。

基于二极管的分立式RF检波器

图1显示的是一个广泛利用的、基于二极管的RF检波电路事理图。
可以把它算作一个带有输出滤波的大略单纯半波整流器。
输入旗子暗记的正半周期正向偏置肖特基二极管，进而对电容充电。
在负半周期时，二极管反向偏置，导致电容上的电压处于保持状态，产生与输入旗子暗记成比例的直流输出。
为了在输入旗子暗记低落或关断时让此电压低落，采取电阻与电容的并联组合来供应放电路径。

图1. 基于二极管的肖特基RF检波器

图2显示了此电路的通报函数。
输入功率以dB为单位调度，输出电压以对数垂直刻度表示。
不雅观察25°C通报函数，创造曲线上有两个不同的事情区间。
称为线性区间的区域为输入范围的顶端 (约15 dBm) 到大约0 dBm。
术语“线性区间”是由于该区域内的输出电压与输入电压大致成比例而得名。

图2. 基于二极管的肖特基RF检波器通报函数

0 dBm以下是所谓的平方律区域。
在此区域内，输出电压大致与输入电压的平方成比例。
这导致曲线的斜率较高。

图2还显示了–40°C和+85°C温度下的电路输出电压与输入功率通报函数的关系。
它表明0 dBm以下的功率电平偏差较大。
这使得器件在温度变革稍大的运用中变得不稳定。

有一些技能可在某种程度上缓解温度漂移。
这些技能包括引入第二个参考二极管作为电路的一部分，或者作为独立电路，具有独立的输出。
参考二极管的温度漂移与主二极管匹配。
通过减法处理（仿照域或数字域，详细根据电路构造决定），可在一定程度上肃清漂移。

图3显示了ADL6010——一款基于二极管的集成式肖特基检波器，具有大量的创新特性——在25 GHz时的通报函数。
作为旗子暗记处理的一部分，输入旗子暗记通过一个仅在旗子暗记低于特定功率电平时才实行平方根操作的电路。
跃迁点故意设置为即是二极管从平方律区间跃迁至线性区间的功率电平。
因此，二极管的平方律效应得以肃清，而两个区间的通报函数也不如图1那么明显了。

图3. 25 GHz时集成式肖特基二极管检波器的输出电压与输入功率和线性度偏差的关系

图3还显示了从–55°C到+125°C范围内各种温度的通报函数曲线。
其余，还标出了通报函数随温度发生的变革。
将25°C通报函数的线性回归作为基准，以dB为单位标出每一温度下的偏差。
由于集成式温度补偿电路和平方律肃清电路的浸染，可以看到在输入的绝大部分范围内，线性度和温度漂移产生的偏差大约为±0.5 dB。

ADC接口

虽然有时候会在仿照电源掌握环路中利用RF和微波检波器，但更普遍的是构建一个数字电源掌握环路，如图4所示。
在这些运用中，功率检波器的输出采取模数转换器进行数字化处理。
在数字域中，利用来自ADC的码来打算功率电平。
一旦得到了功率电平，系统就会作出相应，按需调节传输功率。

图4. 范例的数控RF功率掌握环路

虽然此环路的相应韶光只在较少程度上依赖于检波器相应韶光，但 ADC 采样速率和功率掌握算法速率的影响会大得多。

环路丈量以及精确设置RF功率电平的能力受一系列成分影响，包括RF检波器的通报函数和ADC分辨率。
为了更好地理解这一点，让我们进一步看看检波器的相应。
图5将基于二极管的检波器ADL6010在20 GHz时的相应与微波对数放大器HMC1094进行比拟。
对数放大用具有线性dB的通报函数，其输入功率的1 dB变革始终导致输出端具有相同的电压变革(大约–50 dBm至0 dBm的线性输入范围)。
比较之下，在横轴采取dB刻度以及线性纵轴用于输出电压的情形下，诸如ADL6010等基于二极管的检波用具有指数形式的通报函数。

图5. 线性dB比拟

由于模数转换器的通报函数单位为位/电压，这意味着以dB/位表示的系统分辨率会随着输入功率的低落而不断低落。
图5中的曲线还显示了位/dB分辨率，可由ADL6010以5 V满量程电压驱动一个12位ADC实现(为了方便查看，该曲线以对数副轴标记刻度)。
在器件功率范围的低端约–25 dBm处，递增斜率约为每dB2位，从而使分辨率约为0.5 dB/位。
这表示一个12位ADC足以在满量程范围内精确解析ADL6010输出。

随着RF输入功率的增加，以位/dB为单位的递增斜率将在15 dBm的最大输入功率下稳步上升至大约300位/dB的最大值。
这对付RF功率掌握运用而言是有代价的；当系统达到最大功率时，这类运用的精度性能至关主要。
RF检波器用来丈量和掌握高功率放大器(HPA)是一个非常范例的运用处景。
在那些常常须要掌握功率以防HPA过热的运用中，以最大功率进行高分辨率功率丈量具有极大的代价。

比较之下，图5中的HMC1094对数放大器通报函数还显示出它在线性事情范围内的斜率不变。
这意味着若要实现远低于1 dB的分辨率，则利用较低分辨率的ADC (10位乃至8位)就足够了。

在图6显示的运用电路中，ADL6010与AD7091对接，后者是一个12位精密ADC，采样速率最高为1 MSPS。
该ADC内置2.5 V基准电压源，可设置满量程输入电压。
由于ADL6010检波器可达到的最大电压约为4.25 V，利用一个大略的电阻分压器便可将该电压向下调节，从而使其永不超过2.5 V。
这种调节可以在没有运算放大器缓冲器的情形下完成支配。
输入功率范围下限处可以实现的dB/位分辨率与上文示例类似(即大约0.5 dB/位)。

图6. 集成衰落波功率检波器与精密ADC接口

结 论

与分立式支配比较，集成式RF和微波检波用具有浩瀚上风——