適合便攜式系統的 RF 功率測量方法（下）

用一個大動態范圍檢波器測量低電平 RF 信號

就需要測量電平非常低的 RF 信號的應用而言，一個具有更高靈敏度的大動態范圍檢波器是必要的。這類功能常常用于為提供 AGC (自動增益控制) 反饋控制而測量 RSSI 的接收器中。其它應用包括場強計儀表。就這類信號測量而言，對數檢波器非常適合，因為它測量信號的平均功率。除了有大動態范圍和極高的靈敏度，對數檢波器還有擴展到低頻的卓越帶寬特性。它們的輸出以 mV/dB 對數線性比例提供固定輸出斜率，從而方便了使用。

大動態范圍對數檢波器電路的一個例子 (如圖 3 所示)。LT5538 是一個凌力爾特公司制造的對數檢波器，具有超過 60dB 的動態范圍。盡管這個 IC 能夠在 40MHz 至 38GHz 的頻率范圍內工作，但是圖示電路的設計和恰當匹配是從 40MHz 至 2.2GHz，從而覆蓋了包括所有蜂窩頻帶的寬頻率范圍。這個檢波器可以分辨出一個小至 -68dBm 的信號。其動態范圍涵蓋近 70dB，具 ±1dB 的準確度。在更低頻率時 (例如在 880MHz)，其動態范圍改善到 74dB。

圖3：一個大動態范圍對數檢波器電路。

溫度漂移對高準確度儀表以及諸如蜂窩基站等很多高性能無線系統而言是個難題。所希望的典型準確度是 1/2dB 或更高的精度，而且在額定溫度極限范圍內保持這一容限。LT5538 在寬動態范圍內實現了這一希望的準確度，因此最大限度地減少了對隨溫度變化進行單調乏味的校準操作需求。

LT5538 吸取 29mA 電源電流，這是實現 4GHz 最高工作頻率所必需的。該器件具有停機功能。在休眠模式，該器件消耗的靜態電流低于 100uA。該器件可以在 300ns 內接通和啟動測量。因此這個檢波器方便了突發模式測量，從而節省了便攜式應用的功率。

如何測量高波峰因數信號的實際功率

現代寬帶無線數據系統采用復雜調制波形。例如，WiMAX 和 LTE (第四代，長期演進) 采用多重載波，每個載波都是高階 QAM 調制的。這些 RF 信號具有高達 12dB 的峰值至平均值之比，本質上是非周期性的，從而使準確測量很困難。人們經常嘗試用查閱表校準，就簡單的調制波形而言只有有限的校準成功率。不過，隨著越來越復雜的調制趨勢，用查閱表校準變得不夠充分了。

凌力爾特公司一種新的 RMS 檢波器LT5581幫助解決了這些不準確性問題。該器件采用一個片上 RMS 測量電路，該電路可進行高度準確的高波峰因數信號功率測量。它能測量從 10MHz 到高達 6GHz 的信號。它在較低頻率時有 40dB 動態范圍，在高頻時為 30dB。此外，該器件在整個溫度范圍內提供卓越的準確度，因此提供可重復測量。以其所有功能，該器件僅消耗 1.4mA 電源電流。RF 輸入是單端的，因此無需 RF 平衡-不平衡變壓器。其寬帶寬可實現多頻帶無線電設備，諸如 3G 或 4G 寬帶無線數據調制解調器卡、3G 或 4G 智能電話、WiMAX 數據調制解調器卡和高性能便攜式無線電設備。

單端 RF 輸入非常適合于直接從一個 RF 信號源 (例如：RF PA 放大器) 進行分接。此類實現的一個例子如圖 4 所示，是一個 5.8GHz WLAN 或 WiMAX 發射器 PA 放大器功率控制電路。檢波器的 RF 輸入通過一個 20dB 阻性衰減器 (由 604Ω 和 75Ω 分壓器組成) 接進 PA 輸出。這個電阻分接頭消除了對定向耦合器的需求，同時節省了成本。1.8pF DC 隔離電容器起匹配檢波器阻抗的作用。整個阻性抽頭電路給 PA 輸出造成了 0.2dB 的插入損耗，這種損耗水平是相當適中的。

圖4：一款 5.8GHz RMS 檢波器實現方案。

就改善耦合準確度而言，604Ω 和 75Ω 電阻應該是 1% 容限的組件，1.8pF 應該是 5% 或更好。為阻性抽頭推薦的組件值僅作參考。在實際實現時，這些值也許稍有不同，視器件放置、PC 板寄生性以及 PA 和天線的參數而定。不過，用一個定向耦合器有提供某些方向性的好處，而阻性抽頭電路卻沒有這個好處。也就是說，如果 PA 有過大的返射功率，那么耦合器多半會隔離這種功率并將對測量準確度有最小的影響。就阻性抽頭電路而言卻不是這樣，該電路可能引入小的測量誤差。

圖 5 顯示 PA 放大器輸出掃過整個功率范圍時檢波器的轉移函數。在 5.8GHz 時，檢波器提供 25dB 動態范圍性能，一般對功率控制目的而言已足夠了。在更低頻率時 (如 2.1GHz 或 880MHz)，LT5581 的動態范圍改善到 40dB。

圖5：5.8GHz 檢波器響應。

結論

視被測量信號而定，可有不同的 RF 檢波器選擇，以提供滿足測量需求的最佳解決方案。肖特基峰值檢波器非常適合于固定幅度功率測量，只要動態范圍是有限的。對數檢波器有較大的動態范圍和卓越的靈敏度，以測量低電平信號。就高波峰因數信號而言，RMS 檢波器產生最準確的測量結果。