MAX9930 - MAX9933：2MHz 至 1.6GHz 的 45dB RF 检测控制器与检测器

在无线通信和光纤视频等领域，对射频（RF）功率的精确检测和控制至关重要。Maxim Integrated 推出的 MAX9930 - MAX9933 系列产品，为 RF 功率的检测和控制提供了出色的解决方案。下面我们就来详细了解一下这个系列的产品。

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产品概述

MAX9930 - MAX9933 是低成本、低功耗的对数放大器，主要用于控制射频功率放大器（PA）和跨阻放大器（TIA），以及检测 RF 功率水平。它们工作在 2MHz 至 1.6GHz 的频率范围内，典型动态范围为 45dB，适用于各种无线和 GPON 光纤视频应用，如发射机功率测量和终端设备的接收信号强度指示（RSSI）。

与基于二极管检测器的控制器相比，对数放大器具有更宽的测量范围和更高的精度。此外，该系列产品在 -40°C 至 +85°C 的全工作温度范围内具有出色的温度稳定性。

产品特性

多功能集成

• 完整的 RF 检测和控制功能：MAX9930/MAX9931/MAX9932 是完整的 RF 检测 PA 控制器，而 MAX9933 是完整的 RF 检测器。
• 多种输入范围选择：不同型号提供了多种输入电压范围，无需外部衰减器，简化了 PA 控制环路设计。具体如下：
  • MAX9930/MAX9933：-58dBV 至 -13dBV（50Ω 终端时为 -45dBm 至 0dBm）
  • MAX9931：-48dBV 至 -3dBV（50Ω 终端时为 -35dBm 至 +10dBm）
  • MAX9932：-43dBV 至 +2dBV（50Ω 终端时为 -30dBm 至 +15dBm）

高性能表现

• 宽频率范围：支持 2MHz 至 1.6GHz 的频率范围，满足多种应用需求。
• 温度稳定的线性 dB 响应：在整个工作温度范围内保持稳定的性能。
• 快速响应：70ns 内完成 10dB 阶跃响应。
• 高输出驱动能力：具有 10mA 的输出源能力。
• 低功耗：3V 供电时典型功耗为 17mW，关机电流典型值为 13μA。
• 小封装：采用 8 引脚 μMAX 封装，节省电路板空间。

电气特性

直流特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	(V_{CC})		2.70		5.25	V
电源电流	(I_{CC})	(V_{CC} = 5.25V)		7	12	mA
关机电源电流	(I_{CC})	(SHDN = 0.8V)，(V_{CC} = 5V)		13		μA
关机输出电压	(V_{OUT})	(SHDN = 0.8V)		1		mV
逻辑高阈值电压	(V_{H})		1.8			V
逻辑低阈值电压	(V_{L})				0.8	V
SHDN 输入电流	(I_{SHDN})	(SHDN = 3V)		5	30	μA
		(SHDN = 0V)	-1	-0.01
主输出（MAX9930/MAX9931/MAX9932）
电压范围	(V_{OUT})	高，(I_{SOURCE} = 10mA)	2.65	2.75		V
		低，(I_{SINK} = 350μA)		0.15
输出参考噪声		来自 CLPF		8		nV/√Hz
小信号带宽	(BW)	来自 CLPF		20		MHz
压摆率		(V_{OUT} = 0.2V) 至 2.6V 来自 CLPF		8		V/μs
SET 输入（MAX9930/MAX9931/MAX9932）
电压范围（注 2）	(V_{SET})	对应中心 40dB 跨度	0.35		1.45	V
输入电阻	(R_{IN})			30		MΩ
压摆率（注 3）				16		V/μs
检测器输出（MAX9933/MAX9933B）
电压范围	(V_{OUT})	(RFIN = 0dBm)		1.45		V
		(RFIN = -45dBm)		0.36
小信号带宽	(BW)	(C_{CLPF} = 150pF)		4.5		MHz
压摆率		(V{OUT} = 0.36V) 至 1.45V，(C{CLPF} = 150pF)		5		V/μs

交流特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
RF 输入频率范围	(f_{RF})		2		1600	MHz
RF 输入电压范围（注 4）	(V_{RF})	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-58		-13	dBV
		MAX9931	-48		-3
		MAX9932	-43		+2
等效功率范围（50Ω 终端）（注 4）	(P_{RF})	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-45		0	dBm
		MAX9931	-35		+10
		MAX9932	-30		+15
对数斜率	(V_{S})	(f{RF} = 2MHz)，(T{A} = +25°C)	25	27	29	mV/dB
		(f_{RF} = 2MHz)	24	27	30
		(f{RF} = 900MHz)，(T{A} = +25°C)	23.5		27.5
		(f_{RF} = 900MHz)	22.5	25.5	28.5
		(f_{RF} = 1600MHz)		27
对数截距	(P_{X})	(f{RF} = 2MHz)，(T{A} = +25°C)	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-61	-56	-52	dBm
			MAX9931	-51	-46	-42
			MAX9932	-46	-41	-37
		(f_{RF} = 2MHz)	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-63	-56	-50
			MAX9931	-53	-46	-40
			MAX9932	-48	-41	-35
		(f{RF} = 900MHz)，(T{A} = +25°C)	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-62	-59	-53
			MAX9931	-53	-50	-44
			MAX9932	-49	-45	-40
		(f_{RF} = 900MHz)	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-64	-59	-51
			MAX9931	-55	-50	-42
			MAX9932	-51	-45	-38
		(f_{RF} = 1600MHz)	MAX9930/MAX9933/MAX9933B	-62
			MAX9931	-52
			MAX9932		-47
RF 输入接口
直流电阻	(R_{DC})	连接到 (V_{CC})		2		kΩ
带内电容	(C_{IB})	内部直流耦合（注 5）		0.5		pF

应用信息

控制器模式（MAX9930/MAX9931/MAX9932）

这三款器件在功率控制环路中既作为检测器又作为控制器。使用定向耦合器将 PA 输出功率的一部分耦合到对数放大器的 RF 输入。通过控制源（通常是 DAC）向 SET 施加设定点电压，OUT 驱动 PA 的自动增益控制输入，以校正 RF 输入电平与相应设定点电平之间的任何差异。

关机和上电

通过将 SHDN 拉低至地，可以将 MAX9930 - MAX9933 置于关机模式，此时电源电流典型值降至 13μA。将 SHDN 和 (V_{CC}) 连接在一起可实现连续开机操作。

功率表示

在 RF 系统中，常用 dBm 表示功率。但需要注意的是，对数放大器的输入电平实际上是相对于 50Ω 阻抗的输入电压。dBV 表示法在某些情况下能提供更明确的结果，但对数放大器的响应也依赖于波形。MAX9930 - MAX9933 的性能规格同时采用了 dBV 和 dBm 表示，在 50Ω 网络中，将 dBV 值转换为 dBm 需加 13dB；在 75Ω 网络中，用于 CATV 应用时，需加 11.25dB。

滤波器电容和瞬态响应

对于 MAX9930/MAX9931/MAX9932，滤波器电容 (C{CLPF}) 的选择部分决定了 PA 控制环路的时域响应。较大的 (C{CLPF}) 会主导时域响应，但环路带宽仍受 PA 增益控制范围的影响。较小的 (C{CLPF}) 会增加环路带宽，与电容值成反比。为避免 PA 控制路径中的固有相位滞后带来的复杂极点问题，需要通过实验确定功率放大器适用的最小 (C{CLPF}) 值。

输入耦合

常见的输入耦合方法有宽带电阻、窄带电抗和串联衰减三种。宽带电阻匹配通过在 RFIN 的外部交流耦合电容处连接一个电阻到地来实现。随着工作频率超过 2GHz，输入阻抗降低，需要更大值的并联电阻。可以使用史密斯圆图计算理想的并联电阻值。

波形考虑

MAX9930 - MAX9933 系列对数放大器对电压而非功率做出响应。相同 RMS 功率但不同波形的输入信号会导致不同的对数放大器输出。不同的信号波形会使对数截距向上或向下移动，但对数斜率保持不变，可以通过基带处理补偿已知的波形形状。

布局考虑

与任何 RF 电路一样，MAX9930 - MAX9933 电路的布局会影响性能。输入处应使用短的 50Ω 线，并沿线路长度设置多个接地过孔。输入电容和电阻应尽可能靠近 IC。(V_{CC}) 应通过多个过孔将电容连接到接地平面，尽可能靠近 IC 进行旁路。建议选择适合所需工作频率范围的优质 RF 组件，并将 RF 输入与其他引脚（尤其是 SET）进行电气隔离，以在高频（尤其是 MAX9932 的高功率水平）下实现最佳性能。

总结

MAX9930 - MAX9933 系列产品以其宽频率范围、高动态范围、低功耗和出色的温度稳定性等特点，为 RF 功率检测和控制提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并注意布局、输入耦合、滤波器电容等方面的设计，以充分发挥该系列产品的性能。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。