電子電路分為兩大類(lèi) - 處理和轉(zhuǎn)換信號(hào)的那些以及測(cè)量信號(hào)的那些。它們的功能經(jīng)常被組合在一起，如接收器的IF部分 - 處理信號(hào)（通過(guò)放大和解調(diào)），并且還提供接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI功能）的指示，可以是緩慢變化的電壓。顯示和/或用于自動(dòng)控制變量，如增益和頻率（AGC和AFC）。

測(cè)量射頻信號(hào)強(qiáng)度的電路，其基本指標(biāo)是功率，通常是稱(chēng)為探測(cè)器，但只有熱電堆（輻射熱測(cè)量計(jì)）直接測(cè)量 。集成電路檢測(cè)器總是對(duì)要測(cè)量的信號(hào)的電壓樣本進(jìn)行操作。這類(lèi)電路按其提供的信號(hào)變換類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。 1976年，ADI公司提供了第一款用于中等頻率的單片“真有效值”探測(cè)器。現(xiàn)在，該產(chǎn)品系列包括AD8361等已將此功能擴(kuò)展到微波域的設(shè)備。在諸如CDMA的現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，信號(hào)功率的精確確定（與其波形無(wú)關(guān)，另外說(shuō)明，其概率密度函數(shù)）是重要的。與熱探測(cè)器不同，這些真有效值探測(cè)器使用模擬計(jì)算直接實(shí)現(xiàn)千兆赫頻率的相關(guān)方程。

另一種有價(jià)值的射頻探測(cè)器（也使用計(jì)算）是解調(diào)對(duì)數(shù)放大器。顧名思義，它放大信號(hào)，允許這類(lèi)設(shè)備測(cè)量小信號(hào)，并且解調(diào)交替的RF波形到緩慢變化的“準(zhǔn)”直流“輸出。然而，與rms檢測(cè)器不同，其輸出與輸入電壓的均方根值成比例，對(duì)數(shù)檢測(cè)器提供與信號(hào)電平的分貝值成比例的輸出，參考固定的電壓， V INT （定義如下）。輸出（通常是電壓）可以用電壓或功率來(lái)解釋?zhuān)恍枋褂靡粋€(gè)稱(chēng)為“斜率”的縮放參數(shù)的不同值即可。

對(duì)于RF對(duì)數(shù)放大器，有必要對(duì)所有信號(hào)和縮放參數(shù)使用電壓指標(biāo)。為了定義輸入電平，我們將使用dBV（這里意味著相對(duì)于1 V rms的分貝）而不是指“功率”，單位為dBm（相對(duì)于1 mW的分貝）。這是明確的，與輸入接口處的阻抗選擇無(wú)關(guān)，并且適用于IC檢測(cè)器。例如，0 dBV對(duì)應(yīng)于2.83-V峰 - 峰幅度的正弦波;類(lèi)似地，-60 dBV指的是2.83-mV pp正弦波。

這些RF對(duì)數(shù)檢測(cè)器的操作符合如下函數(shù)：

V OUT = V SLP 日志（ V SIG / V 《子》 INT 的）《跨度》 （1）

如果選擇基數(shù)為10的對(duì)數(shù)［log 10 （10）= 1 decade］，考慮到分貝，斜率電壓 V SLP 《 / em》，可以在電壓比的對(duì)數(shù)的縮放中以“每十倍電壓”來(lái)觀察。由于十年內(nèi)有20分貝，相應(yīng)的“伏特/分貝”僅為該電壓的二十分之一。因此，對(duì)于400 mV / decade的 V SLP ，斜率也可以表示為20 mV / dB。第二個(gè)縮放參數(shù)，稱(chēng)為“攔截”， V INT ，是log參數(shù)為1的輸入電壓。在此電壓下，獨(dú)立于基極的選擇，輸出將為零，因?yàn)閘og（1）= 0.實(shí)際上，RF對(duì)數(shù)放大器中的有限可用增益，噪聲的存在以及其他實(shí)際限制導(dǎo)致值對(duì)于 V INT 這是一個(gè)外推值，通常只有幾微伏，并且由設(shè)計(jì)修復(fù)。

A然后出現(xiàn)關(guān)于 V INT 代表什么的精確解釋的問(wèn)題。這個(gè)數(shù)量是“伏特直流”，還是“伏特有效值”？或者它是一些其他指標(biāo)，例如簡(jiǎn)單的平均值，還是峰值？對(duì)于從一個(gè)級(jí)別到另一個(gè)級(jí)別的比率的測(cè)量， V INT 的值是不重要的。但是，在需要確定 V SIG 的絕對(duì)級(jí)別時(shí)，測(cè)量精度直接取決于 V 《的值《 sub》 INT 的方式與DVM中的參考電壓相同。

RF對(duì)數(shù)放大器的近距離研究，使用 1技術(shù)稱(chēng)為“漸進(jìn)式壓縮”，顯示了經(jīng)典對(duì)數(shù)放大器實(shí)踐中未遇到的另一種效應(yīng)，即 V INT 的有效值強(qiáng)烈依賴(lài)于《 em》輸入信號(hào)的波形。因此，我們選擇為正弦輸入定義 V INT ，然后為各種其他波形提供轉(zhuǎn)換因子。

實(shí)際上，在未經(jīng)修整的生產(chǎn)IC中對(duì)VINT的控制不能像精確RF測(cè)量中經(jīng)常需要的那樣精確。激光微調(diào)首先用于AD640 / 641中的RF對(duì)數(shù)放大器，最近用于AD8306等產(chǎn)品，可以在校準(zhǔn)期間使用正弦波輸入提供非常精確的校準(zhǔn)。然而，雖然對(duì)已知波形使用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換因子可以保持良好的精度，但仍存在波形依賴(lài)的基本問(wèn)題。這在現(xiàn)代系統(tǒng)中存在問(wèn)題，其中波形未知并且可以快速變化。

信號(hào)比率測(cè)量到2.5 GHz

這個(gè)問(wèn)題已在AD8302中通過(guò)使用兩個(gè)相同的對(duì)數(shù)放大器以單片形式集成，如圖1所示。每個(gè)通道都能夠測(cè)量60 dB范圍內(nèi)的信號(hào)，從極低頻率到2.5 GHz。 幅度（“增益”）輸出的定義函數(shù)是

V MAG = V SLP 日志（ V A / V B ）+ V 《子》 CP 《跨度》 （2）

其中 V A 和 V B 是兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，應(yīng)用于兩個(gè)相同的輸入端口AD8302和 V CP 是中心點(diǎn)，定義為輸出值 V MAG ，電平差為0 dB。 （ V SLP 和 V CP 是設(shè)計(jì)選擇，考慮到易用性;兩者都是可追溯到帶隙參考）。

通過(guò)獲取兩個(gè)獨(dú)立對(duì)數(shù)放大器輸出的差值，AD8302中消除了公式1的慣常固定截距。此關(guān)鍵步驟計(jì)算比率的對(duì)數(shù)（ V A / V B ）*（ V 《子》 INTB / V 《子》 INTA 的）;并且，由于對(duì)數(shù)放大器是相同的，第二項(xiàng)非常準(zhǔn)確地統(tǒng)一，與溫度，電源電壓和眾多的生產(chǎn)差異無(wú)關(guān)。

這種優(yōu)雅的固定截距消除導(dǎo)致高度精確的測(cè)量信號(hào)電平，在許多應(yīng)用中。對(duì)log參數(shù)準(zhǔn)確性的主要限制現(xiàn)在是兩個(gè)共同集成通道的匹配。這種新穎的結(jié)構(gòu) 2 開(kāi)辟了許多測(cè)量可能性，否則需要使用兩個(gè)不同的對(duì)數(shù)放大器，它們?cè)谛甭屎徒鼐嘈?zhǔn)方面具有固有的差異。 AD8302是第一款允許直接測(cè)量交流信號(hào)比的IC。這種獨(dú)特的功能可以在很寬的頻率范圍內(nèi)測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)端口之間的增益/損耗和相對(duì)相位（見(jiàn)下文），在許多其他應(yīng)用中都具有價(jià)值。

圖2顯示了輸出電壓變化與信號(hào)比的函數(shù)關(guān)系（例如，可能對(duì)應(yīng)于被監(jiān)控信道的增益或損耗），頻率范圍為900 MHz至2.2千兆赫。提供給通道B的信號(hào)電平是固定的，而通道A處的信號(hào)電平相對(duì)于通道B從-30 dB變化到+30 dB。輸出 V MAG ，演示精確斜率 V SLP ，20 mV / dB，中心點(diǎn) V CP ， 900 mV。與理想對(duì)數(shù)定律的極小偏差（圖2b）證明了使用共積分對(duì)數(shù)放大器的價(jià)值。

相對(duì)相位測(cè)量到2.5 GHz

AD8302還可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的相位差，從低頻到2.5 GHz。每個(gè)單獨(dú)的對(duì)數(shù)放大器在其最后階段產(chǎn)生“硬限制”輸出。這些信號(hào)被應(yīng)用于新型乘法器式相位檢測(cè)器的兩個(gè)輸入端，該相位檢測(cè)器關(guān)于其兩個(gè)輸入和180°范圍具有精確對(duì)稱(chēng)性。相位輸出 V PHS 由下式給出，

V PHS =±V F （F - 90°）+ V CP （3）

其中 V F 是相位輸出的定標(biāo)電壓，（F是兩個(gè)輸入之間的相位差。符號(hào)的選擇取決于哪兩個(gè)象限構(gòu)成由于包含此功能，AD8302成為“片上網(wǎng)絡(luò)分析儀”。

圖3顯示了900 MHz，1.9 GHz和2.2 GHz的相位測(cè)量。通過(guò)略微偏移兩個(gè)輸入頻率并允許角度累積，產(chǎn)生相位差，作為“滑動(dòng)”。 V PHS 輸出的斜率為10 mV /度，以 V CP 為中心，為900 mV。當(dāng)相位滑動(dòng)180°時(shí)，斜率的交替符號(hào)是明顯的。圖3b顯示了測(cè)量誤差。 0°和180°附近誤差的快速增加主要是由于硬限制信號(hào)的有限上升和下降時(shí)間引起的死區(qū).AD8302在這些頻率上精確測(cè)量相位的獨(dú)特能力是兩個(gè)緊密集成的對(duì)數(shù)放大器的良好平衡的結(jié)果。

使用AD8302

這些用于測(cè)量增益/損耗的新功能和在許多RF和IF應(yīng)用中，兩個(gè)信號(hào)端口之間的相對(duì)相位將是有價(jià)值的。該“片上網(wǎng)絡(luò)分析儀”的功能，多功能性和緊湊的外形非常適用于原位診斷和系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)控以及反饋和饋送 - 子系統(tǒng)的前向線(xiàn)性化和控制。以下是AD8302的一些應(yīng)用。

現(xiàn)在可以使用已知的交流參考來(lái)測(cè)量絕對(duì)信號(hào)電平。如圖4所示，應(yīng)用于通道B的參考信號(hào)創(chuàng)建了一個(gè)有效的值截距 V B 。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)具有相似的波形時(shí)，測(cè)量可以非常準(zhǔn)確。如果可以確保兩個(gè)輸入的幅度接近相等，則即使由斜率電壓的不確定性引起的誤差也可以最小化（原則上消除）。這通常是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情，使用較大信號(hào)上的衰減器墊來(lái)定位比率 V A / V B 接近統(tǒng)一。當(dāng)需要最高精度或必須處理非常大的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，對(duì)中技術(shù)很有價(jià)值。

AD8302最有用的應(yīng)用是監(jiān)控和報(bào)告功能的獲得或丟失塊或子系統(tǒng)。在圖5所示的示例中，監(jiān)視標(biāo)稱(chēng)增益為20 dB的500 MHz IF放大器的輸入和輸出信號(hào)樣本。通過(guò)使用衰減器和耦合器，兩個(gè)信號(hào)被調(diào)節(jié)為具有相同的一般幅度。增益響應(yīng)顯示中等規(guī)模的低頻值，對(duì)應(yīng)于放大器的20 dB電平差和約500 MHz的3 dB帶寬。該示例中的功能塊可以是頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備，例如混頻器。在這種情況下，兩個(gè)輸入將處于不同的頻率，測(cè)量的數(shù)量將是轉(zhuǎn)換增益。由于波形保持相似，因此再次消除了該誤差源。但是，當(dāng)輸入頻率差別很大時(shí)，由于阻抗匹配的不等式和千兆赫區(qū)域內(nèi)兩個(gè)對(duì)數(shù)放大器的縮放的頻率依賴(lài)性，可能會(huì)發(fā)生系統(tǒng)偏移。

在許多通信系統(tǒng)中，存在向外部接口端口提供的不可預(yù)測(cè)的負(fù)載。此負(fù)載的變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能發(fā)生變化，甚至在極端情況下導(dǎo)致災(zāi)難性故障。提供以RF方式監(jiān)視負(fù)載阻抗或反射系數(shù)的方法是非常有價(jià)值的 - 而不會(huì)干擾它。在圖6中，AD8302配置為測(cè)量任意負(fù)載的反射系數(shù)，在這種情況下，它是一個(gè)PIN二極管，其偏置被掃描以改變其阻抗。響應(yīng)曲線(xiàn)中的陷波表示與50歐姆特性線(xiàn)阻抗的近似匹配，其中反射信號(hào)幾乎為零。

多功能性和易用性

AD8302提供多種其他操作模式，精心規(guī)劃的結(jié)果以及這種不尋常結(jié)構(gòu)的基本通用特性。前面的示例演示了AD8302的典型測(cè)量模式，其中 V MAG 和 V PHS 輸出報(bào)告其輸入之間的信號(hào)電平和相位差。但是，傳輸功能的內(nèi)置標(biāo)定和中心點(diǎn)可以使用外部電阻和VREF引腳提供的1.80 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行調(diào)整。

通過(guò)斷開(kāi)輸出引腳與反饋引腳的連接，MSET和PSET，實(shí)現(xiàn)增益和相位比較器，如圖7所示。這里， V MAG 和 V PHS 輸出在0 V和1.8 V的最大輸出電壓之間切換，具體取決于信號(hào)電平和相位差是否大于或小于提供給MSET的閾值和PSET引腳。

在 controller 模式下，如圖8所示，VMAG和VPHS引腳驅(qū)動(dòng)信號(hào)鏈中包含的增益/相位調(diào)整器監(jiān)控，以便將系統(tǒng)的整體增益和相位伺服到MSET和PSET引腳所需的設(shè)定點(diǎn)。

AD8302在其輸入端具有寬頻率范圍，范圍從任意低頻（甚至音頻）到2.5 GHz。對(duì)數(shù)放大器的寬動(dòng)態(tài)范圍不僅適應(yīng)相對(duì)信號(hào)電平的大的變化，而且還適應(yīng)絕對(duì)電平的變化。表示幅度和相位差的輸出量具有30MHz的最大小信號(hào)包絡(luò)帶寬;這可以通過(guò)增加外部濾波電容來(lái)減少。

AD8302首次使用先進(jìn)的雙極性工藝以單片形式提供這種強(qiáng)大的計(jì)算功能。卓越的對(duì)數(shù)放大器匹配，高頻能力以及增益和相位測(cè)量的精確縮放，所有這些都占用空間小，為非侵入式方式的RF和IF系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和控制開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。采用2.7 V至5.5 V電源供電時(shí)，電流僅為20 mA。該產(chǎn)品采用14引腳TSSOP封裝。