WiFi、4G、藍(lán)牙等各種無(wú)線連接技術(shù)的普及帶動(dòng)各種終端設(shè)備井噴式增長(zhǎng)，包括物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴等各種基于無(wú)線連接技術(shù)的新興產(chǎn)業(yè)迅速成長(zhǎng)起來(lái)，各種無(wú)線信號(hào)鏈解決方案涌現(xiàn)推動(dòng)這種熱潮的持續(xù)發(fā)展。在無(wú)線信號(hào)鏈中，很久沒有聽到有人提起一個(gè)關(guān)鍵的組件——檢波器，ADI專家最近的一場(chǎng)技術(shù)講座對(duì)這個(gè)無(wú)線設(shè)計(jì)中“原始”而重要的器件的一場(chǎng)分享，讓筆者有機(jī)會(huì)重新梳理這個(gè)重要但有點(diǎn)陌生的產(chǎn)品技術(shù)。

檢波又稱振幅解調(diào)，它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號(hào)不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近。隨著RFID、雷達(dá)、物聯(lián)網(wǎng)……的廣泛普及應(yīng)用，射頻傳輸無(wú)處不在，檢波器應(yīng)用越來(lái)越多。而RF檢波器擁有著遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的二極管檢波器的靈敏度和穩(wěn)定性，逐漸地占領(lǐng)射頻行業(yè)的市場(chǎng)。

?這些典型應(yīng)用，檢波器很關(guān)鍵

先來(lái)看看射頻檢波器的各種應(yīng)用。在測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中，射頻功率檢波器用于精密測(cè)量射頻功率，以及用作頻譜和網(wǎng)絡(luò)分析儀中輸入保護(hù)電路的一部分。在通信和醫(yī)療應(yīng)用中，射頻檢波器用于監(jiān)測(cè)和控制發(fā)射功率和天線回波損耗。

一種新興應(yīng)用是基于射頻的材料分析，其中檢波器好比是微型網(wǎng)絡(luò)分析儀，分析材料反射的信號(hào)的幅度和相位，并利用算法來(lái)確定材料的特性，例如水分含量。還有許多應(yīng)用，其中射頻檢波器用于測(cè)量脈沖功率，如電子支付系統(tǒng)、雷達(dá)和電子戰(zhàn)。

?RF檢波器是一種微型RF功率計(jì)

現(xiàn)在，對(duì)于那些不熟悉射頻檢波器操作的人來(lái)說(shuō)，其功能非常簡(jiǎn)單，最好在時(shí)域中觀察。想象一個(gè)射頻檢波器由一個(gè)輸入電平隨時(shí)間變化的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，如左圖所示。當(dāng)輸入電平提高時(shí)，檢波器的直流輸出電平也會(huì)提高。現(xiàn)在，盡管輸入電平和輸出電平之間的確切關(guān)系會(huì)隨器件和功能而變化，但該基線響應(yīng)對(duì)所有射頻功率檢波器都是通用的。

了解性能特性差異，為應(yīng)用選擇正確的檢波器

現(xiàn)在談?wù)劜煌愋偷纳漕l檢波器。最常見的類型是對(duì)數(shù)放大器，它提供與輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值成比例的直流輸出。對(duì)數(shù)放大器的檢測(cè)范圍介于40 dB到100 dB，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)平坦。

RMS檢波器執(zhí)行完整的均方根計(jì)算。RMS檢波器可以具有線性V/V或線性dB輸出響應(yīng)。增益和相位檢波器是特殊對(duì)數(shù)放大器，用于計(jì)算兩個(gè)輸入信號(hào)之間的幅度和相位差。這些器件有兩個(gè)RS輸入。

?SDLVA代表連續(xù)檢測(cè)對(duì)數(shù)視頻放大器。在架構(gòu)上，這些器件與對(duì)數(shù)放大器沒有區(qū)別，但有兩個(gè)特殊特性：優(yōu)異的頻率平坦度和快速響應(yīng)時(shí)間。后面還會(huì)講到有關(guān)這些器件的更多信息。

最后還有峰值和包絡(luò)檢波器。這些是快速響應(yīng)器件，可以捕獲和保持峰值，或跟隨射頻脈沖或QAM調(diào)制信號(hào)的快速變化包絡(luò)而變化。

如果器件間的溫度漂移是一致且可重復(fù)的，一般可以進(jìn)行額外的溫度補(bǔ)償。在這種情況下，可以使用兩個(gè)片外電阻將熱和冷漂移拉回0 dB，獲得總體更好的溫度漂移。

?在諸如射頻功率計(jì)的寬帶應(yīng)用中，輸出電壓和頻率的變化變得非常重要。基本上，相對(duì)于頻率的變化越大，所需的頻率校準(zhǔn)點(diǎn)就越多。用兩類圖形來(lái)顯示輸出電壓隨頻率的變化。左側(cè)第一張圖是簡(jiǎn)單的一系列功率掃描，每條跡線表示特定頻率的傳遞函數(shù)。我們同時(shí)使用第二類圖形顯示頻率響應(yīng)。右側(cè)圖形顯示了輸出電壓與頻率的關(guān)系，每條跡線表示特定的射頻功率水平。該圖對(duì)于評(píng)估頻率校準(zhǔn)點(diǎn)需要相隔多遠(yuǎn)非常有用。

?該圖顯示了新型RMS檢波器LTC5596的頻率響應(yīng)，其工作頻率高達(dá)40 GHz。此器件的重要特性是其頻率響應(yīng)在如此寬的頻率范圍內(nèi)保持平坦。可以看到，從大約200 MHz到30 GHz，跡線始終保持在大約60 mV。LTC5596的斜率約為30 mV/dB。使用這兩個(gè)數(shù)字，我們可以看到這對(duì)應(yīng)于大約2 dB的頻率平坦度；對(duì)于此類寬帶器件來(lái)說(shuō)，這是前所未有的。

?在左邊的圖表中，我們繪制了輸出電壓與輸入電平(dB)的關(guān)系曲線。藍(lán)色曲線是所謂的線性dB傳遞函數(shù)。我們稱其為線性dB，是因?yàn)閷?duì)于輸入端的每dB變化，輸出電壓的變化是恒定的。相比之下，當(dāng)您將其繪制為電壓輸出與dBm的關(guān)系時(shí)，左圖中的黑色曲線具有指數(shù)特性。這是基于二極管的射頻檢波器的典型響應(yīng)。

右圖繪制使用的數(shù)據(jù)相同，顯示了電壓輸出與電壓輸入的關(guān)系。現(xiàn)在藍(lán)色曲線具有對(duì)數(shù)特性。因此，具有線性dB特性的射頻檢波器常被稱為對(duì)數(shù)放大器。右邊的黑色曲線變成了一條直線，因此，這種傳遞函數(shù)常被稱為線性V/V。每種傳遞函數(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們將在后面探討。但是，暫時(shí)我們可以說(shuō)，線性dB器件是對(duì)數(shù)放大器，往往具有優(yōu)異的范圍和靈敏度，而線性V/V檢波器往往具有較低的范圍，但在高射頻功率水平下具有出色的分辨率和精度。

?典型RF檢波器的操作的幾點(diǎn)建議

使用射頻檢波器所需的基本支持電路具有普遍性。射頻輸入幾乎總是交流耦合。交流耦合電容有時(shí)在芯片內(nèi)部，有時(shí)在外部。采用外部交流耦合的器件往往以較低頻率工作。射頻應(yīng)用一般偏好50歐姆的輸入阻抗。然而，很多射頻檢波器的輸入電阻遠(yuǎn)高于此。

因此，一般會(huì)在器件上放置一個(gè)外部分流電阻，以使電路的有效輸入電阻為50歐姆。一些射頻檢波器具有便于補(bǔ)償溫度漂移的功能。它通常采用外部施加電壓的形式，推薦用于在特定頻率下優(yōu)化溫度穩(wěn)定性。

由于射頻檢波器有效地將AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)，所以在輸出端將需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行平均。大多數(shù)情況下，器件具有一個(gè)可以連接均值電容的引腳。當(dāng)然，均值水平與輸出對(duì)輸入變化的響應(yīng)時(shí)間之間存在隱含的折衷。

許多射頻檢波器還具有靈活的輸出信號(hào)縮放特性。將VOUT引腳直接連到VSET引腳，可以設(shè)置標(biāo)稱斜率。但若通過(guò)一個(gè)電阻分壓器連接這些引腳，則可以輕松放大輸出。