WiFi、4G、藍牙等各種無線連接技術(shù)的普及帶動各種終端設(shè)備井噴式增長，包括物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴等各種基于無線連接技術(shù)的新興產(chǎn)業(yè)迅速成長起來，各種無線信號鏈解決方案涌現(xiàn)推動這種熱潮的持續(xù)發(fā)展。在無線信號鏈中，很久沒有聽到有人提起一個關(guān)鍵的組件——檢波器，作為在業(yè)界無線系統(tǒng)中的RF和IF信號檢測應(yīng)用廣泛的高性能RF檢波器提供商，ADI專家最近的一場技術(shù)講座對這個無線設(shè)計中“原始”而重要的器件的一場分享，讓筆者有機會重新梳理這個重要但有點陌生的產(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)出原來的調(diào)制信號。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近。隨著RFID、雷達、物聯(lián)網(wǎng)……的廣泛普及應(yīng)用，射頻傳輸無處不在，檢波器應(yīng)用越來越多。而RF檢波器擁有著遠高于傳統(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。
這些典型應(yīng)用，檢波器很關(guān)鍵
先來看看射頻檢波器的各種應(yīng)用。在測試和測量應(yīng)用中，射頻功率檢波器用于精密測量射頻功率，以及用作頻譜和網(wǎng)絡(luò)分析儀中輸入保護電路的一部分。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的幅度和相位，并利用算法來確定材料的特性，例如水分含量。還有許多應(yīng)用，其中射頻檢波器用于測量脈沖功率，如電子支付系統(tǒng)、雷達和電子戰(zhàn)。
RF檢波器是一種微型RF功率計
現(xiàn)在，對于那些不熟悉射頻檢波器操作的人來說，其功能非常簡單，最好在時域中觀察。想象一個射頻檢波器由一個輸入電平隨時間變化的信號驅(qū)動，如左圖所示。當(dāng)輸入電平提高時，檢波器的直流輸出電平也會提高。現(xiàn)在，盡管輸入電平和輸出電平之間的確切關(guān)系會隨器件和功能而變化，但該基線響應(yīng)對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。最常見的類型是對數(shù)放大器，它提供與輸入信號的對數(shù)值成比例的直流輸出。對數(shù)放大器的檢測范圍介于40 dB到100 dB，響應(yīng)時間相對平坦。
RMS檢波器執(zhí)行完整的均方根計算。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數(shù)放大器，用于計算兩個輸入信號之間的幅度和相位差。這些器件有兩個RS輸入。
SDLVA代表連續(xù)檢測對數(shù)視頻放大器。在架構(gòu)上，這些器件與對數(shù)放大器沒有區(qū)別，但有兩個特殊特性：優(yōu)異的頻率平坦度和快速響應(yīng)時間。后面還會講到有關(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，一般可以進行額外的溫度補償。在這種情況下，可以使用兩個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，相對于頻率的變化越大，所需的頻率校準(zhǔn)點就越多。用兩類圖形來顯示輸出電壓隨頻率的變化。左側(cè)第一張圖是簡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。該圖對于評估頻率校準(zhǔn)點需要相隔多遠非常有用。
典型RF檢波器的操作的幾點建議
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。交流耦合電容有時在芯片內(nèi)部，有時在外部。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高于此。
因此，一般會在器件上放置一個外部分流電阻，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信號轉(zhuǎn)換為DC信號，所以在輸出端將需要對信號進行平均。大多數(shù)情況下，器件具有一個可以連接均值電容的引腳。當(dāng)然，均值水平與輸出對輸入變化的響應(yīng)時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。但若通過一個電阻分壓器連接這些引腳，則可以輕松放大輸出。