单片对数放大器(对数放大器)可以处理动态范围高达100db的信号。它们能够对持续时间短至几十纳秒的射频脉冲做出反应。然而，当解调对数放大器用于检测快速射频突发时，当应用的突发关闭时，输出处有时会出现奇怪的尾巴。对话33-3(1999)中出现的一篇日志放大器教程文章和第33卷的印刷版中就有这样的例子。本文解释了这些尾巴的常见原因，并提供了如何消除它们的建议。

理解解调对数放大器

要了解对数安培的第一件事是，虽然它们提供有关功率的信息，但它们实际上响应电压。在通信技术中，术语对数放大器通常指的是一种输出电压的设备，该电压与输入信号包络线的对数成正比，按比例缩放到以10为基数。功率比为100:1对应于20分贝(dB)，或者在给定阻抗中电压比为10:1。

另一个与对数放大器和输出尾相关的重要因素是:对数放大器在其工作范围的低端对幅度的微小变化具有很高的灵敏度。图1显示了对数放大器输入和输出之间的典型关系。输入端的峰峰电压每增加10倍，输出就增加500mv。这意味着，当输入在个位数mV范围内时，输入电压的微小变化将导致输出电压的显著变化。

使用对数放大器进行射频脉冲检测

当射频突发作为解调对数放大器的输入时，输出将是电压脉冲。这可以被送入比较器来确定射频突发的存在与否，或者射频突发的幅度可以通过测量对数放大器输出电压的幅度来确定。

图2显示了一些奇怪的尾波的例子，这些尾波有时出现在原本快速而精确的对数放大器输出电压脉冲的末端。在雷达和其他系统中，探测到的脉冲的形状提供了关于目标的重要信息，这些不受欢迎的尾部可能会导致错误的结果。

图2a显示了一条静止的尾巴。图2b显示了一个抖动的尾巴，在理想矩形脉冲的下降沿上下移动。请注意，在某些情况下，尾巴没有出现，而是直接落在底部，而没有在响应中出现扭结。

图2。响应射频脉冲的对数放大器输出端的尾部。

了解尾巴

在这两种情况下，尾巴是由不同的机制引起的。图2a中的固定尾是由施加到对数放大器输入端的射频突发质量差引起的。虽然在示波器的适度电压和时间尺度上不明显，但射频突发不会立即关闭，而是呈指数衰减。图3显示了输入信号和对数放大器响应的放大图。请记住，对数放大器对其动态范围低端电压的微小变化非常敏感。因此，射频脉冲的微小的、几乎难以察觉的指数衰减导致了一个线性的尾部。指数衰减是可预测和可重复的;这是由于信号发生器的门控机制造成的。这就解释了对数放大器输出端的固定尾。对这种形式的尾的唯一解决方案是获得一个信号发生器，将关闭到零更快。

本文的其余部分将假设使用了高质量的射频突发发生器，并且尾部是抖动的，而不是静止的。

输入耦合

图2b所示的抖动类型通常是解调对数放大器输入接口不当的结果。大多数对数放大器被设计为差分驱动，但大多数RF信号是单端。执行将RF信号注入日志放大器所需的单端到差分转换有几种选择，如图4所示。INHI和INLO是日志放大器的差分输入引脚。

图4a显示了一个balun (balance-unbalance-transformer)接口。这是最好的方法，因为它在日志放大器的输入端产生高质量，真正的差分信号。使用平衡将消除尾部，前提是尺寸和额外的成本是可接受的，考虑到设计限制。

两种流行的替代方案涉及RC网络。它们比平衡器占用更少的板面积，成本更低，但它们需要小心避免尾巴。外部分流电阻放置在电容器的器件侧(图4b)或输入侧(图4c)，以在器件处提供可控阻抗，通常为50欧姆。

理想的信号

首先考虑图4b中的电路(稍后我们将回到图4c中有点类似的电路)。该电路不将单端输入信号转换为差分信号。相反，射频信号的交流分量被允许通过INHI，而INLO看到信号的低通滤波版本。理想情况下，INLO处的信号与INHI处的信号具有相同的直流平均值。INHI和INLO通常都受到相同的内部产生的参考电压的偏置，如图5所示。

不完美的信号

图5所示的信号是理想化的。真正的低通滤波器会将信号从INHI衰减到INLO，但不会完全消除它，并且在INLO处会有输入信号的残留迹线。图6显示了INHI和INLO信号的夸张图。可以看出，INLO的真实信号是INHI的高度衰减版本，相位滞后为90度。

查看输入端口，输入信号看到一个通向INHI的高通滤波器。这意味着在RC(1)形成的拐角频率以上发生的任何变化将不经衰减地传递给INHI。因此，当射频突发从关断状态突然打开时，INHI处的电压将跟踪输入。当射频突发关闭时也是如此:INHI处的电压将立即关闭。

另一方面，INLO是INHI的低通滤波版本;因此，它将是INHI电压的衰减版本，相移90度。当射频突发关断时，INHI处的电压会立即稳定，但INLO处的电压不会。相反，它将经历一个单一的时间常数衰减，其时间常数由RC(2)定义。图6的放大部分说明了这一点(注意，为了达到效果，放大了INLO信号的大小)。

尾巴的来源

尾部是信号在INLO处指数衰减的结果。当INLO呈指数衰减时，INHI是关闭的。日志放大器在INHI和INLO之间看到的小差分输入足以产生大量的输出电压。(请记住，对数放大器对小的输入幅度变化非常敏感。)

进一步的证据表明，尾部是输入端的指数信号行为的结果，这是由尾部的线性特性给出的。当产生指数衰减电压的对数时，结果是一条斜率为负的直线。当脉冲速率和射频频率不是彼此的整数倍时，输出就会出现抖动。正因为如此，射频信号并不总是在其周期内的同一位置被切断。在一个周期内RF被关闭的点将建立指数衰减的初始条件。当RF恰好在穿过零轴时关闭时，INLO将处于峰值，尾部将从最高点开始。如果RF在峰值处关闭，则INLO将为零，并且根本没有尾巴。在这两个极端之间随机切换会导致尾部出现抖动。

剪掉尾巴

通过适当设置由R、C(1)、C(2)构成的RC时间常数，可以解决上述的尾部问题。临界时间常数为R和C(2)之间形成的低通时间常数。出于匹配的目的，R的值通常选择在50欧姆左右。为方便起见，C(1)和C(2)通常被选为相等，尽管并非总是如此。

C(2)必须选择足够小，以便指数衰减快于对数放大器的响应时间，通常指定为对数放大器输出的10%至90%上升时间到输入功率的阶跃增加。这个数字表示输出电压的最大变化率。只要INLO的指数衰减比最大变化率快，输出就会受到对数放大器自身摆幅率的限制，而尾巴就不会出现。这个分析表明C(2)越小越好。

但是，如果C(2)尽可能小，并且C(1)相等，则由R和C(1)组成的高通滤波器的拐角频率将被推得如此之远，以至于当它从输入端传播到INHI时，它可能会衰减期望的RF信号。为了确保INHI在从输入到INHI的过程中不会衰减，必须选择C(1)，使R和C(1)的乘积形成一个低于RF频率的角频率。这说明C(1)应该很大。

在这些范围内，C(1)和C(2)可以相等，也可以选择不同，以获得最优结果。

50欧姆电阻应该在信号端还是设备端?

到目前为止，分析主要集中在图4b上。图4c中的电路与之相似，不同之处在于输入电阻位于电容器的输入侧。请记住，对数安培的输入阻抗通常比终端电阻的50欧姆高得多。如果将50欧姆电阻置于电容器C(1)和C(2)的器件侧，如图4b所示，则INHI和INLO之间的净阻抗约为50欧姆。但如果将端接电阻置于C(1)和C(2)的输入侧(图4c)，则INHI和INLO之间的阻抗就是器件的输入阻抗。

在信号端有终端电阻的问题是，设备的较高内阻将需要一个小得多的C(2)值，以确保消除尾部。此外，如果输入电阻不可预测，随着半导体制造工艺的变化而变化，则C(1)和C(2)的选择可能并不总是确保无尾运行。

因此，优选将终端电阻置于电容器的器件侧。

结果

图7显示了选择合适电容值的结果。图2b所示输出采用10-nF输入电容，图7所示输出采用1-nF输入电容。电容降低了10倍，大大提高了输出质量!

结论

解调对数放大器的性能不需要受到尾的影响。由于信号源质量差或输入接口中元件值选择不当而发生。对于第一种形式的尾，最有效的解决方案是获得更好的爆发源。第二种类型的尾部可以使用适当的接口电路来处理。技术包括使用平衡和无源RC电路，如下所述。有源解决方案，如单端到差分放大器也可供设计人员使用(但这里没有介绍)。无论选择哪种方法，记住这里讨论的问题是很重要的。