探秘射频检波器：构造、功能和实际应用
发布时间：2018-11-06 14:00:19
来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)
无线连接技术的普及，如WiFi、4G和蓝牙等，推动了各种终端设备的迅速增长，包括物联网和可穿戴设备在内的基于无线连接技术的新兴产业也快速崛起。这一热潮推动着各种无线信号链解决方案的不断涌现和持续发展。然而，在这些无线信号链中，很少有人提到一个关键的组件——检波器。
作为无线系统中的重要组成部分，检波器在RF和IF信号的检测应用中发挥着广泛的作用。最近，ADI专家在一次技术讲座中分享了高性能RF检波器的相关知识，这给我提供了重新梳理这个重要但稍显陌生的产品技术的机会。
检波器，也称为振幅解调器，在已调制的高频振荡信号中恢复原始调制信号的作用是至关重要的。从频谱的角度来看，检波器将幅度调制波中的边带信号从载波频率附近不失真地转移到零频率附近。随着RFID、雷达、物联网等的广泛应用，射频传输无处不在，检波器的应用也越来越广泛。而RF检波器凭借其远超传统二极管检波器的灵敏度和稳定性，正在逐渐占领射频行业市场。
射频检波器具有多种典型应用：
首先，射频功率检波器在测试和测量应用中被广泛用于精确测量射频功率，并作为频谱分析仪和网络分析仪中输入保护电路的一部分。在通信和医疗应用中，射频检波器用于监测和控制发射功率以及天线回波损耗。
另外，射频检波器在基于射频的材料分析中也扮演着重要角色。它们类似微型网络分析仪，可以分析材料反射信号的幅度和相位，并利用算法确定材料的特性，如水分含量。此外，射频检波器还广泛应用于测量脉冲功率的领域，如电子支付系统、雷达和电子战等。
现在，我们将射频检波器比作微型RF功率计。想象一个射频检波器由一个随时间变化的输入信号驱动，输入信号的电平提高时，检波器的直流输出电平也随之增加。虽然确切的输入和输出关系因器件和功能而异，但这种基本响应对于所有射频功率检波器来说都是普遍适用的。
了解不同类型射频检波器的性能差异，选择合适的应用：
现在让我们谈谈不同类型的射频检波器。最常见的类型是对数放大器（Log Amplifier），它能提供与输入信号的对数成比例的直流输出。对数放大器的检测范围通常在40 dB到100 dB之间，并具有相对平坦的响应时间。
射频检波器在无线系统中扮演着重要角色，用于检测RF和IF信号。了解不同类型的射频检波器及其性能特点对于正确选择适合应用的检波器至关重要。
一种常见的射频检波器类型是均方根（RMS）检波器。RMS检波器执行完整的均方根计算，并可以具有线性V/V或线性dB输出响应。它们通常用于测量两个输入信号之间的幅度和相位差。此外，RMS检波器还表现出较好的温度稳定性和重复性，并且可以通过额外的温度补偿来提高性能。
增益和相位检波器是一类特殊的对数放大器。这些器件用于计算两个输入信号之间的幅度和相位差，常常具有两个RS输入。它们在某些应用中发挥着重要作用。
另一种特殊类型的对数放大器是连续检测对数视频放大器（SDLVA）。SDLVA与对数放大器在架构上没有区别，但具有优异的频率平坦度和快速响应时间。因此，在高频率范围内的应用中，SDLVA得到广泛使用。
峰值和包络检波器是一类快速响应的射频检波器，用于捕获和保持射频脉冲或QAM调制信号的峰值或快速变化的包络。
对于温度漂移一致且可重复的情况，可以进行额外的温度补偿。通过使用两个片外电阻，将热和冷漂移拉回到0 dB，可以实现更好的总体温度漂移性能。
在宽带应用中，如射频功率计，输出电压和频率的变化非常重要。频率的变化越大，所需的频率校准点就越多。图形可以用来显示输出电压随频率变化的情况。其中一种显示方式是绘制一系列功率扫描曲线，每条曲线表示特定频率的传递函数。另一种方式是显示频率响应，即显示输出电压与频率的关系。这些图形对于评估频率校准点的间隔非常有用。
例如，最近推出的RMS检波器LTC5596的频率响应在高达40 GHz的工作频率范围内保持平坦。该器件的斜率约为30 mV/dB，相当于大约2 dB的频率平坦度。这对于这类宽带器件来说是前所未有的。
绘制输出电压与输入电平的关系曲线可以显示不同传递函数的特性。例如，对数放大器常被称为线性dB，因为对于输入端每一dB的变化，输出电压的变化是恒定的。而线性V/V检波器具有较低的范围，但在高射频功率水平下具有出色的分辨率和精度。
了解不同类型的射频检波器及其性能特点将有助于选择适合特定应用的检波器，并确保系统性能优化。作为电子设计工程师，我们应根据需求选择合适的射频检波器以满足系统要求。
典型射频（RF）检波器的操作建议
在使用射频检波器时，我们需要提供基本的支持电路。通常情况下，射频输入是交流耦合的。交流耦合电容有时会集成在芯片内部，有时则需要外部添加。通常情况下，采用外部交流耦合的器件更适用于较低频率的应用。射频应用通常偏好50欧姆的输入阻抗，但很多射频检波器的输入电阻远高于这个值。
为了使电路的有效输入阻抗保持在50欧姆，我们通常会在器件上添加一个外部分流电阻。这样可以调整输入电阻并符合系统要求。一些射频检波器还具备补偿温度漂移的功能。一般通过施加外部电压来实现，可以优化特定频率下的温度稳定性。
由于射频检波器将交流信号转换为直流信号，因此通常需要对输出信号进行平均处理。大多数器件都提供了连接均值电容的引脚。然而，需要注意均值水平与对输入变化的响应时间之间存在一定的权衡关系。
许多射频检波器还具有灵活的输出信号缩放功能。通过将VOUT引脚直接连接到VSET引脚，可以设置标称斜率。但是，如果我们通过一个电阻分压器来连接这些引脚，就可以轻松地放大输出信号。
使用射频检波器时，根据具体应用需求来配置支持电路和调整器件参数，可以提高系统性能并满足设计要求。作为电子设计工程师，我们应该熟悉不同类型的射频检波器，并了解它们的操作特点，以确保正确选择和使用适合的射频检波器。
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