MAX2205—檢測(cè)高峰均比信號(hào)

本應(yīng)用筆記給出了MAX2205 RF功率檢測(cè)器針對(duì)不同峰均比信號(hào)測(cè)試時(shí)所采用的測(cè)量方法，并從數(shù)學(xué)角度探討了MAX2205的工作原理。

MAX2205功率檢測(cè)器的輸入級(jí)由圖1所示的兩個(gè)三極管組成，輸出電壓和輸入信號(hào)電壓幅值成正比。

圖1. MAX2205輸入級(jí)框圖

對(duì)于那些峰均比(PAR)隨調(diào)制類型而改變的復(fù)雜調(diào)制，MAX2205的輸出并不是準(zhǔn)確的平均功率。這篇應(yīng)用筆記的附錄提供了深入的數(shù)學(xué)分析，通常必須進(jìn)行一些修正。下面是MAX2205功率檢測(cè)器工作在不同PAR信號(hào)時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

測(cè)量

測(cè)量采用MAX2205評(píng)估板完成(參考圖2)。

圖2. MAX2205評(píng)估板原理圖

信號(hào)頻率

1.9GHz

800MHz

450MHz

測(cè)量的調(diào)制類型

QPSK調(diào)制，3.5dB PAR

QPSK調(diào)制，6.5dB PAR

QAM調(diào)制，6dB PAR

測(cè)量結(jié)果

圖3至圖5使用3.5dB PAR作為參考點(diǎn)或“零”誤差。調(diào)整R2對(duì)不同頻段進(jìn)行匹配，并產(chǎn)生期望的輸出電壓范圍。

圖3. 1.9GHz信號(hào)頻率(fIN)的誤差測(cè)量，其中
VCC = 2.8VDC
R2 = 150Ω

圖3a. +25°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖3b. -40°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖3c. +85°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖4. 800MHz信號(hào)頻率(fIN)下的誤差測(cè)量，其中
VCC = 2.8VDC
R2 = 150Ω

圖4a. +25°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖4b. -40°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖4c. +85°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖5. 450MHz信號(hào)頻率(fIN)下的誤差測(cè)量，其中
VCC = 2.8VDC
R2 = 330Ω

圖5a. +25°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖5b. -40°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

圖5c. +85°C時(shí)誤差和信號(hào)的關(guān)系

結(jié)論

MAX2205響應(yīng)的是輸入電壓，不是輸入電壓的平方。PAR改變時(shí)，輸出電壓也將改變。

PAR越高，產(chǎn)生的誤差越大。室溫下，一個(gè)6.5dB PAR信號(hào)的誤差在1.9GHz是0.9dB，在800MHz是0.55dB，而在450MHz是0.56dB。使用較低的耦合功率(也就是對(duì)檢測(cè)器較低的關(guān)聯(lián)功率)會(huì)減小誤差，但也會(huì)壓縮功率檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于某些情況，這個(gè)誤差是可以接受的，并且可以使用一個(gè)單獨(dú)的查找表查詢從3.5dB到6.5dB的峰值因數(shù)。附錄給出的分析解釋了在輸入功率較低時(shí)誤差會(huì)減小的原因。

溫度對(duì)誤差的影響不大。

多頻帶應(yīng)用時(shí)可能需要一個(gè)以上的查找表。但是，輸出電壓曲線在不同頻率下是相似的，而且可能設(shè)計(jì)一個(gè)修正因數(shù)，允許只使用一個(gè)查找表。

附錄—采用二極管I/V特性實(shí)現(xiàn)功率檢測(cè)的詳細(xì)數(shù)學(xué)分析和典型電路

對(duì)于這個(gè)分析，二極管的I/V特性是：

我們將針對(duì)不同信號(hào)輸入的條件進(jìn)行I/V分析。

圖6所示功率檢測(cè)器具有對(duì)稱的三極管Q1、Q2，I1、I2和R1、R2。雙極型三極管Q1調(diào)整輸入電壓VI。當(dāng)AC輸入信號(hào)VAC為零時(shí)，三極管Q2提供一個(gè)直流偏移電壓來(lái)平衡VO使其為零。C1為保持電容，其數(shù)值通過(guò)VO所允許的壓降設(shè)置。Q1和Q2的直流偏置應(yīng)該相等，以抵消溫漂的影響。

圖6. 典型的功率檢測(cè)電路

Q1的發(fā)射極電流是：

其中，VQ是Q1的基極偏置電壓，VC1是C1處的電壓，且信號(hào)Vi = VAC x cos(ωt)作用于Q1。

與式1相比，可根據(jù)Vi = VQ + VAC x cos(ω x t) >> VT作如下近似運(yùn)算：

其中：
VAC = 交流輸入信號(hào)的峰值幅度
VQ = 基極和發(fā)射極的直流壓差
b = VAC/VT
In(b) = 修正的n階Bessel函數(shù)

IE的直流成分是：

當(dāng)VAC >> VT時(shí)，I0(b)可近似為：

因此，

因?yàn)镮 = I1恒流源與雙極型三極管的發(fā)射極串聯(lián)，所以IE_DC應(yīng)該等于I1。因此，

同時(shí)，考慮雙極性三極管Q2，它和Q1一樣：

其中，VC2是C2 (Q2的發(fā)射極)的平均直流電壓。

對(duì)于對(duì)稱電路的設(shè)計(jì)，I1 = I2。因此，

從式9我們可推導(dǎo)出：

我們知道VO = VC1 - VC2，并且b = VAC / VT。因此，

這是輸入信號(hào)較大時(shí)，輸入電壓和輸出電壓之間的近似關(guān)系。

從式11可知：

VO對(duì)VAC是近似的線性關(guān)系，因?yàn)閂AC包含在式11的第二項(xiàng)，需要開(kāi)方并取對(duì)數(shù)。因此，輸出電壓會(huì)在輸入信號(hào)較大時(shí)隨PAR變化。

當(dāng)VAC >> VT時(shí)，溫度的影響很小。

當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，式4中的I0(b)可近似為：

與式9類似，我們知道：

因此，

當(dāng)x較小時(shí)，ln(1 + x) =x，由此可得：

式15說(shuō)明：

輸出電壓與RF輸入信號(hào)的電壓幅值的平方成正比，電壓幅值的平方與功率成正比；因此，在平方定律范圍內(nèi)，功率檢測(cè)器的輸出電壓與輸入信號(hào)的功率成正比。

輸出電壓與溫度成反比。

審核編輯：郭婷