对数放大器对不同信号类型的响应及均方根直流转换器的使用

对数放大器通常指定用于正弦波输入。与二极管检波器一样，对数放大器不是真正的均方根响应。对数放大器中的不同信号波形会向上或向下移动对数放大器截距的有效值。从图形上看，这看起来像对数放大器传递函数的垂直偏移（见图19），对数斜率不受影响。图中显示了AD8307交替馈送非调制正弦波和相同均方根功率（9个通道）的前向链路CDMA通道时的传递函数。输出电压在器件的整个动态范围内相差相当于3.55dB（88.7 mV）。

图 19： 随信号波峰因数变化的对数放大器传递函数偏移

该表显示了使用对数放大器测量各种信号类型的均方根信号强度时应应用的校正因子，该放大器已使用正弦波输入进行表征。因此，例如，要测量方波的均方根功率，应从对数放大器的输出电压中减去表中dB值的mV等效值（-3.01 dB，相当于AD75的25.8307 mV）。在对数放大器的输入信号恒定（但不是正弦波）的实际应用中，对数放大器可以简单地校准为该信号类型，也就是说，我们不关注正弦波输入的输出电平 - 因为设备永远不会遇到。

 

信号类型	校正系数 （添加到输出读数）
正弦波	0分贝
方波或直流	-3.01分贝
三角波	+0.9分贝
GSM 频道（所有时间段开启）	+0.55分贝
CDMA 信道（转发链路，9 频道开启）	+3.55分贝
CDMA通道（反向链路）	+0.5分贝
PDC 频道（所有时隙开启）	+0.58分贝
高斯噪声	+2.51分贝

 

有效值至直流转换器

AD8361（见图20）是一款低功耗均方根响应检波器，适用于高达2.5GHz的高频接收器和发射器信号链。AD8361执行显式均方根计算。

图 20： 均方根直流转换器

RF输入信号的频率可达2.5 GHz，应用于宽带平方电路。板载50 pF电容对平方器的输出进行滤波。通过将一个外部电容器连接到FLTR引脚，可以提供额外的滤波。平方器电路的滤波输出应用于平方根电路。该电路由一个运算放大器型电路组成，其反馈回路中有一个第二个平方电路。这导致正向反函数（即平方根）。此外，反馈环路中的阻性衰减器（1/6.5）在正向方向上增加了7.5的增益。所以器件的整体传递函数由下式给出

为了得到线性传递函数（见图21），我们在对数刻度上绘制输出电压与输入电平的关系，单位为dBm（绘制Vout与Vin也将产生线性函数）。您会注意到，此响应与我们之前查看的二极管检测器图具有相同的基本形式。然而，均方根转换器的线性工作区域低于二极管电路的工作区域，并且还提供更高的输出电压电平。

图21：AD8361 rms转直流转换器的输出电压与输入电平的关系

和以前一样，为了评估温度稳定性，我们对室温下的测量数据进行线性回归（这给了我们一个斜率和截距），并绘制了数据在温度下与该参考的偏差。这（图21）表明，温度稳定性随着输入电平的降低而稳定下降，对于约-2 dBm的输入电平，漂移范围约为20 dB（从冷到热）。

RMS至直流转换器的温度漂移补偿

如果器件温度已知，AD8361相对较低的温度漂移可以进一步降低。许多系统都集成了温度传感器;传感器的输出通常是数字化的。由于AD8361的输出通常也是数字化的，这表明有可能对均方根至直流转换器的读数进行软件校正。从校准的角度来看，在室温下进行相同的两点校准仍然足够。

在大量AD8361器件的温度漂移的器件间分布中（见图22），两个频段显示了从室温到+85°C和-40°C的偏差。 从该图中可以清楚地看出，器件的温度漂移在不同器件之间相当一致。

图22：AD8361 rms至直流转换器，温度漂移分布

AD8361在环境温度（25°C）下的输出电压可以用下式表示：

其中，GAIN是以V/Vrms为单位的转换增益，VOS是0 V输入电平的外推输出电压.GAIN和VOS（也称为截距和输出参考）可以在环境范围内使用简单的两点校准进行计算，即通过测量两个特定输入电平的输出电压。建议在大约 35 mV （-16 dBm） 和 250 mV （+1dBm） 下校准以获得最大线性动态范围。但是，可以选择其他级别和范围以适应应用。然后使用以下公式计算每个器件的增益和VOS：

我们还可以为 V 的理想值编写一个表达式在对于 V 的特定值外:

这将是特定测量输出电平的理想输入电平，假设检测器完全线性。

增益和 V操作系统随温度漂移。然而，V的漂移操作系统相对于输出，对误差的影响更大。但失调误差随着电平的增加而对整体测量误差的影响逐渐减小（mV/dB的数量随着输入电平的增加而增加，就像二极管检波器一样）。这解释了输入电平漂移误差的减小（再次参见图21和22）。

Vos在-0°C至+43°C范围内的平均漂移为40.25 mV/°C，在+0°C至+25°C范围内为25.85 mV/°C4.对于不太严格的补偿方案，可以计算整个温度范围内的平均漂移：

随着V的漂移操作系统包括，Vout 的等式变为：

可以重写公式以产生V的温度补偿值在.

现在，如果我们绘制 VIN_COMP/VIN_IDEAl以dB为单位，相对于输入电平，我们得到施加补偿后传递函数的误差图（见图23）。该图显示，在温度和35 dB的动态范围内，最坏情况误差约为±0.25 dB。

图23：应用误差补偿算法后的AD8361过热误差

审核编辑：郭婷