MAX2205—檢測高峰均比信號

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

MAX2205功率檢測器的輸入級由圖1所示的兩個三極管組成，輸出電壓和輸入信號電壓幅值成正比。

圖1. MAX2205輸入級框圖

對于那些峰均比(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，通常必須進行一些修正。下面是MAX2205功率檢測器工作在不同PAR信號時的實驗結(jié)果。

測量

測量采用MAX2205評估板完成(參考圖2)。

圖2. MAX2205評估板原理圖

信號頻率

1.9GHz

800MHz

450MHz

測量的調(diào)制類型

QPSK調(diào)制，3.5dB PAR

QPSK調(diào)制，6.5dB PAR

QAM調(diào)制，6dB PAR

測量結(jié)果

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

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

圖3a. +25°C時誤差和信號的關(guān)系

圖3b. -40°C時誤差和信號的關(guān)系

圖3c. +85°C時誤差和信號的關(guān)系

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

圖4a. +25°C時誤差和信號的關(guān)系

圖4b. -40°C時誤差和信號的關(guān)系

圖4c. +85°C時誤差和信號的關(guān)系

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

圖5a. +25°C時誤差和信號的關(guān)系

圖5b. -40°C時誤差和信號的關(guān)系

圖5c. +85°C時誤差和信號的關(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，輸出電壓也將改變。

PAR越高，產(chǎn)生的誤差越大。室溫下，一個6.5dB PAR信號的誤差在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(也就是對檢測器較低的關(guān)聯(lián)功率)會減小誤差，但也會壓縮功率檢測器的動態(tài)范圍。對于某些情況，這個誤差是可以接受的，并且可以使用一個單獨的查找表查詢從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誤差會減小的原因。

溫度對誤差的影響不大。

多頻帶應(yīng)用時可能需要一個以上的查找表。但是，輸出電壓曲線在不同頻率下是相似的，而且可能設(shè)計一個修正因數(shù)，允許只使用一個查找表。

附錄—采用二極管I/V特性實現(xiàn)功率檢測的詳細數(shù)學(xué)分析和典型電路

對于這個分析，二極管的I/V特性是：

我們將針對不同信號輸入的條件進行I/V分析。

圖6所示功率檢測器具有對稱的三極管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VAC為零時，三極管Q2提供一個直流偏移電壓來平衡VO使其為零。C1為保持電容，其數(shù)值通過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作如下近似運算：

其中：
VAC = 交流輸入信號的峰值幅度
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，I0(b)可近似為：

因此，

因為I = 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，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。

對于對稱電路的設(shè)計，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，

這是輸入信號較大時，輸入電壓和輸出電壓之間的近似關(guān)系。

從式11可知：

VO對VAC是近似的線性關(guān)系，因為VAC包含在式11的第二項，需要開方并取對數(shù)。因此，輸出電壓會在輸入信號較大時隨PAR變化。

當(dāng)VAC >> VT時，溫度的影響很小。

當(dāng)輸入信號較小時，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，ln(1 + x) =x，由此可得：

式15說明：

輸出電壓與RF輸入信號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)，功率檢測器的輸出電壓與輸入信號的功率成正比。

輸出電壓與溫度成反比。

審核編輯：郭婷