連接/參考器件

AD8368 800 MHz線性dB VGA，內(nèi)置AGC檢波器

ADL5902 50 MHz至9 GHz、65 dB TruPwr檢波器

評估和設(shè)計支持

電路評估板

AD8368客戶評估板(AD8368-EVALZ)

ADL5902客戶評估板(ADL5902-EVALZ)

EPCOS B5070 SAW濾波器評估板或等效產(chǎn)品

設(shè)計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢

圖1. 95 dB RMS響應(yīng)RF檢波器

圖1所示電路是一個真RMS響應(yīng)功率檢波器，采用可變增益放大器(VGA)和RMS響應(yīng)功率檢波器提供數(shù)值大約為95 dB的極寬檢波范圍。RMS檢波器在很多應(yīng)用中都十分有用，比如要求對信號功率進(jìn)行精確測量的接收器和發(fā)射器。由于本電路測量RMS功率，因此適合用于具有不同波峰因素的系統(tǒng)中。這類系統(tǒng)的示例有：GSM/EDGE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA和LTE無線基站，以及任何使用QAM調(diào)制的系統(tǒng)。

ADL5902 RMS檢波器的檢測范圍為65 dB，通過加入線性dB AD8368 VGA可擴展至95 dB。ADL5902 TADJ功能用于提供整個電路的溫度穩(wěn)定性。在VGA之間放置SAW濾波器，減少噪聲的同時增加靈敏度。這樣還會縮小電路的頻率范圍以及SAW濾波器的通帶范圍。

電路描述

ADL5902線性dB真RMS響應(yīng)RF檢波器的65 dB范圍可通過獨立的可變增益放大器(VGA)擴展。VGA的增益控制輸入直接從ADL5902 VOUT引腳獲取。它可根據(jù)VGA增益控制范圍擴展動態(tài)范圍(實際應(yīng)用中，獲得的范圍擴展略小)。若VGA還提供線性dB(指數(shù))增益控制功能，那么總測量范圍將保持線性縮放，單位為dB。VGA增益必須隨其增益偏置的增加而下降，下降方式與ADL5902相同。AD8368可以滿足所有這些條件。圖1顯示電路原理圖。

ADL5902 RMS計算電路使用VGA分級架構(gòu)。內(nèi)部線性dB VGA具有負(fù)增益控制斜率，驅(qū)動窄范圍RMS檢波器的輸入。該檢波器的輸出電平通過電流平衡架構(gòu)與第二個設(shè)定點檢波器輸出進(jìn)行比較;一個檢波器提供電流，而另一個檢波器吸取電流。如果兩個檢波器的輸出電平不相等，那么殘余電流將對電容進(jìn)行充電或放電;電容值等于內(nèi)部26 pF電容與ADL5902引腳6 (CLPF)上的外部電容的并聯(lián)組合。該配置會使VOUT值上升或下降。由于VOUT直接連接ADL5902 VGA的增益控制輸入，這樣會使VGA增益上升或下降，直到兩個檢波器的輸出電平相等。此時，VOUT和VGA增益完成建立。由于ADL5902 VGA具有線性dB傳遞函數(shù)，VOUT輸出電壓與輸入信號RMS值的對數(shù)成正比。

ADL5902的檢測范圍主要由其內(nèi)部VGA的增益控制范圍確定。因為輸入信號隨范圍增加而下降，故VGA控制電壓亦下降，直到VGA到達(dá)最大增益。對于上升中的大輸入信號，VGA增益控制電壓亦上升(從而VGA增益下降)，直到達(dá)到最小增益。

在信號路徑上增加額外的可變增益可擴展電路的檢測范圍。此時，VOUT反饋信號同時驅(qū)動ADL5902和AD8368的VGA增益控制輸入。AD8368 MODE引腳必須連接低電平，使增益控制斜率為負(fù)。由于AD8368 VGA提供增益和衰減(GMAX = 22 dB，GMIN = −12 dB)，因此可同時擴展ADL5902標(biāo)稱測量范圍的上限和下限。但是，若要實現(xiàn)最優(yōu)化的范圍擴展，則驅(qū)動AD8368增益控制引腳的電壓必須正確調(diào)整。

雖然ADL5902 RMS檢波器的標(biāo)稱輸出電壓范圍為0 V至3.5 V，但AD8368 VGA需要0 V至1 V控制電壓范圍才能完全實現(xiàn)其34 dB增益控制范圍。因此，VOUT反饋電壓必須向下縮放3.5倍。使用電阻分壓器(圖1中的R1和R15)即可輕松實現(xiàn)。

圖2顯示當(dāng)輸入功率以167 MHz掃描時得到的傳遞函數(shù)。采用4點校準(zhǔn)法可獲得最佳線性度，校準(zhǔn)點為：+15 dBm、−15 dBm、−55 dB和−70 dBm。也可采用2點校準(zhǔn)法，但在輸入功率范圍內(nèi)線性度會有所下降。

注意，本電路中未使用AD8368板載RF檢波器和自動電平控制(ALC)功能。因此，AD8368上的DETI和DETO引腳可保持開路狀態(tài)。

圖2. 95 dB RMS響應(yīng)RF檢波器傳遞函數(shù)(167 MHz下測量)

RF輸入功率靈敏度

為了獲得圖2中的出色靈敏度，必須在VGA和檢波器之間放置一個窄帶濾波器，如圖1所示。若沒有濾波器，AD8368的寬帶輸出噪聲將會覆蓋ADL5902的低端靈敏度特性。圖3顯示使用ADIsimRF進(jìn)行AD8368輸出噪聲計算的屏幕截圖。存在最小輸入信號時，AD8368 VGA增益最大。若3 dB帶寬為800 MHz并假設(shè)一階滾降，則使用1272 MHz等效噪聲帶寬(即800 MHz乘以1.57)計算VGA的輸出噪聲功率。這樣可以得到輸出噪聲功率水平為大約−51 dBm，即大致等于ADL5902的標(biāo)稱輸入靈敏度以上10 dB。因此，為了達(dá)到最大低端靈敏度，一定程度的濾波是必要的。

圖4顯示電路中加入中心頻率為167 MHz的EPCOS B5070 SAW濾波器后，進(jìn)行相同的噪聲計算。在該計算中，分析帶寬降至與SAW濾波器帶寬相同(18 MHz)。

由于噪聲帶寬大幅縮小，并且濾波器插入損耗為7.3 dB，VGA/SAW組合的集成輸出噪聲大幅下降至−77 dBm，遠(yuǎn)低于ADL5902 RMS檢波器的輸入靈敏度。這樣可確保VGA增益最大時，電路性能不會受限于噪聲。

圖3. 使用ADIsimRF計算AD8368 VGA輸出噪聲（增益為最大值） 

圖4. 使用ADIsimRF計算AD8368 VGA輸出噪聲(使用帶寬為18 MHz的167 MHz SAW濾波器)

溫度穩(wěn)定性

ADL5902具有溫度補償功能。設(shè)置TADJ引腳(引腳1)上的電壓可優(yōu)化特定工作頻率下的檢波器截距溫度穩(wěn)定性。在圖1所示的范圍擴展電路中，VGA增益的任何溫度變化都會使電路的整體漂移逐dB下降(例如，VGA增益溫度的1 dB漂移將使整體溫度穩(wěn)定性下降1 dB)。對于AD8368 VGA，AD8368數(shù)據(jù)手冊中的圖5顯示增益隨溫度的變化而發(fā)生大約±0.7 dB的漂移。應(yīng)注意VGA傳遞函數(shù)的截點發(fā)生了漂移(也就是說，所有增益的增益漂移誤差不變)。因此，檢波器和VGA具有相似的溫度漂移特性。通過調(diào)節(jié)ADL5902 TADJ引腳上的電壓，則檢波器和VGA的組合溫度漂移可得到補償。對于167 MHz工作頻率而言，可通過實驗確定0.2 V的TADJ電壓能夠提供圖2中所達(dá)到的最佳溫度補償。

常見變化

可以修改電路，以便適用于不同的中心頻率、帶寬和濾波器插入損失。如前所述，使用B5070濾波器，則當(dāng)AD8368 VGA增益最大時，ADL5902的輸入噪聲為−77 dBm。增加濾波器帶寬將增加噪聲水平。理想情況下，VGA輸出噪聲水平應(yīng)保持在檢波器的輸入靈敏度水平以下(約為−60 dBm)。

濾波器的中心頻率也可增大或減小。中心頻率的增大將最終受限于AD8368 VGA線性度的下降和增益控制范圍的縮小，而該VGA的3 dB中心頻率為800 MHz。也可選擇中心頻率較低的SAW濾波器，但低頻工作性能受限于ADL5902，而該器件的工作頻率低至50 MHz。此頻率限制由ADL5902的內(nèi)部交流耦合所驅(qū)動。

可使用分立式LC濾波器，作為SAW濾波器的替代器件。應(yīng)當(dāng)考慮濾波器的帶寬和插入損失。

該電路也可不使用濾波器。然而，如前所述，不使用濾波器將極大地限制低端靈敏度。圖5顯示不使用濾波器的情況下，輸出電壓與輸入功率的關(guān)系曲線。圖中，低輸入功率水平下的輸出電壓和誤差曲線中較長的非線性弧形部分表示下降的輸入信號被VGA噪聲所覆蓋。

AD8368 VGA輸入匹配網(wǎng)絡(luò)(L1，R3)非窄帶匹配電路。因此，假如選擇的工作頻率并非167 MHz，那么它應(yīng)當(dāng)保持在該范圍之內(nèi)。

圖5. 移除SAW濾波器后的電路傳遞函數(shù)

也可使用ADL5906線性dB RMS檢波器作為ADL5902的替代器件。但是，該器件的溫度補償功能將補償檢波器斜率的溫度漂移(ADL5902 TADJ功能補償截點漂移)。由于AD8368 VGA的溫度漂移主要基于截點，ADL5906溫度補償功能不會降低VGA對整個溫度漂移的貢獻(xiàn)。

本電路的工作頻率范圍可通過寬帶前端混頻器和頻率捷變PLL頻率合成器擴展。此時，待測頻率向下混頻至SAW濾波器的中心頻率。這類電路的工作頻率將僅受限于混頻器和PLL頻率合成器的頻率范圍。

電路筆記CN-0178描述了ADL5902的輸出端如何與12位精密ADC AD7466實現(xiàn)接口。

有關(guān)CN-0340的完整原理圖、布局文件和物料清單可參考CN-0340設(shè)計支持包：www.analog.com/CN0340-DesignSupport。

電路評估與測試

使用標(biāo)準(zhǔn)評估板并對跳線稍作修改與調(diào)整，即可輕松搭建該電路。ADI提供配置齊全的AD8368和ADL5902評估板(ADL5902-EVALZ、AD8368-EVALZ)。EPCOS提供配置齊全的B5070 SAW濾波器。此板集成所需的4個匹配元件：LS1、LP2、LS3、LP4，如圖1所示。測試配置的功能框圖如圖6所示。

設(shè)備要求

如需執(zhí)行本電路筆記所述之測量步驟，則需使用下列設(shè)備(或等效設(shè)備)：

· AD8368評估板(AD8368-EVALZ)

· ADL5902評估板(ADL5902-EVALZ，如下所示進(jìn)行修改)

· 評估板上的SAW濾波器(EPCOS B5070，167 MHz或等效器件)

· RF信號發(fā)生器： Agilent 8648C、Rohde & Schwarz SMT03或SMIQ

· 5 V、400 mA電源： Agilent E3631A

· 萬用表： Agilent 34,401A

設(shè)置與測試

由于全部三塊評估板均提供50 Ω接口，因此它們可通過桶形SMA連接器直接連接。ADL5902檢波器輸出端返回至AD8368 VGA增益控制輸入端的連接可方便地通過SMA電纜或芯片引腳實現(xiàn)，因為它是一個低速信號?？s小ADL5902檢波器輸出電壓所需的電阻分壓器可通過在ADL5902評估板的R1 (3.83 kΩ)和R15 (1.5 kΩ)焊盤上表貼安裝電阻實現(xiàn)。在167 MHz時，優(yōu)化電路溫度穩(wěn)定性的TADJ電壓可通過R9/R12電阻分壓器設(shè)置，該分壓器以2.3 V片上基準(zhǔn)電壓源作為輸入。若要將TADJ電壓設(shè)為推薦的0.2 V電平，可將R9改為3.09 kΩ(R12保持現(xiàn)有值，即301 Ω)。

用來評估電路的主要測量設(shè)備是：工作頻率為167 MHz的RF信號發(fā)生器(例如：Agilent 8648C、Rohde & Schwarz SMT03、SMIQ或等效設(shè)備)、5 V電源(Agilent E3631A或等效設(shè)備)以及數(shù)字電壓表(例如：Agilent 34401A或等效設(shè)備)。

對于精密RF檢波器功率掃描而言，通常建議使用RF功率計測量檢波器的源功率(例如：來自信號發(fā)生器的信號分為一半輸入檢波器，另一半輸入RF功率計)。但是，在這種情況下，使用RF功率計覆蓋95 dB檢測范圍非常困難。因此，使用信號發(fā)生器的輸出功率顯示作為源功率讀數(shù)。建議選擇已知具有精確輸出功率水平顯示的RF信號發(fā)生器，特別是在低功率水平和高功率水平下具有精確的輸出功率水平顯示。

修訂歷史

2013年11月—修訂版0： 初始版