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放大器中不同的信号波形会使对数放大器截距的影响

来源:analog 发布时间:2023-11-08

摘要: 对数放大器通常用于正弦波输入。像二极管检测器一样,对数安培不是真实有效值响应。对数放大器中不同的信号波形会使对数放大器截距的有效值向上或向下移动。

对数放大器通常用于正弦波输入。像二极管检测器一样,对数安培不是真实有效值响应。对数放大器中不同的信号波形会使对数放大器截距的有效值向上或向下移动。从图形上看,这看起来像是对数放大器传递函数的垂直移位(见图19),对数斜率不受影响。该图显示了AD8307交替由未调制正弦波和相同均方根功率的前向链路CDMA信道(9通道有源)馈电时的传递函数。在器件的整个动态范围内,输出电压相差相当于3.55dB (88.7 mV)。


图19:带信号波峰系数的对数放大器传递函数的移位

该表显示了使用正弦波输入表征的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。因此,为了测量方波的有效值功率,例如,表中dB值的mV当量(-3.01 dB,在AD8307的情况下相当于75.25 mV)应该从对数放大器的输出电压中减去。在实际应用中,对数放大器的输入信号是恒定的(但不是正弦波),对数放大器可以简单地校准为该信号类型,即:我们不关注正弦波输入的输出电平是多少——因为设备永远不会遇到正弦波输入。

信号类型
校正因子
(添加到输出文件中)

正弦波
0分贝
方波或直流电
-3.01 dB
三角波
+ 0.9 dB
GSM信道(所有时隙都打开)
+ 0.55 dB
CDMA信道(前向链路
频道)
+ 3.55 dB
CDMA信道(反向链路)+ 0.5 dB
PDC通道(所有时隙开)+ 0.58 dB
高斯噪声
+ 2.51 dB

RMS到DC转换器

AD8361(见图20)是一款低功耗均数响应检测器,适用于高达2.5GHz的高频接收机和发射机信号链。AD8361执行显式均方根计算。


图20:有效值到直流变换器

射频输入信号的频率可达2.5 GHz,应用于宽带平方电路。板载50pf电容滤波平方器的输出。通过将外部电容连接到FLTR引脚,可以提供额外的滤波。将平方电路的滤波输出应用于平方根电路。该电路包括一个运算放大器型电路,在其反馈回路中有第二个平方电路。这就得到了正向的反函数(即平方根)。此外,反馈回路中的电阻衰减器(1/6.5)增加了正向增益7.5。所以装置的整体传递函数由方程给出


为了得到一个线性传递函数(见图21),我们以对数尺度绘制输出电压与以dBm为单位的输入电平(绘制Vout与Vin也会得到一个线性函数)。您将注意到,该响应与我们前面看到的二极管检测器图具有相同的基本形式。然而,均方根变换器具有比二极管电路低的线性工作区域,并且还提供更高的输出电压水平。


图21:AD8361有效值到直流变换器的输出电压与输入电平的关系

如前所述,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),并绘制温度下数据与此参考值的偏差。这(图21)再次表明,温度稳定性随着输入电平的降低而迅速下降,并且在输入电平约为-20 dBm时,温度稳定性的漂移范围约为2db(从冷到热)。

RMS - DC变换器的温度漂移补偿

如果器件温度已知,可以进一步降低AD8361相对较低的温度漂移。许多系统包含温度传感器;传感器的输出通常是数字化的。由于AD8361的输出也通常是数字化的,这表明从均方根到直流转换器的软件校正的可能性。从校准的角度来看,在室温下进行同样的两点校准仍然是足够的。

在大量AD8361器件的温度漂移局部分布中(见图22),两个波段显示了从室温到+85°C和-40°C的偏差。从图中可以清楚地看出,器件的温度漂移在各部分之间是相当一致的。


图22:AD8361 Rms To Dc变换器,温度漂移分布

AD8361在室温(25℃)下的输出电压可以用公式表示:


式中,GAIN为以V/Vrms为单位的转换增益,VOS为输入电平为0v时的外推输出电压。增益和VOS(也称为截距和输出基准)可以使用简单的两点校准在环境下计算,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)进行校准,以获得最大线性动态范围。但是,可以选择其他级别和范围来适应应用程序。然后使用以下公式计算每个器件的增益和VOS:



我们也可以写出V(IN)的理想值对于特定V(OUT)的表达式:


假设一个完全线性的检测器,这将是一个特定测量输出电平的理想输入电平。

增益和V(o)都在温度上漂移。然而,相对于输出,V(os)的漂移对误差的影响更大。但偏置误差对整体测量误差的影响随着电平的增加而减小(mV/dB的数量随着输入电平的增加而增加,就像二极管检测器一样)。这就解释了漂移误差随输入电平的减小(见图21 &22日一次。)

从-40°C到+25°C的平均漂移为0.43 mV/°C,从+25°C到+85°C的平均漂移为0.25 mV/°C(4)。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:


考虑V(OS)的漂移,Vout方程为:


该方程可以改写为V(IN)的温度补偿值。


现在,如果我们绘制以dB为单位的V(IN_COMP)/V(IN_IDEAl)相对于输入电平的图,我们得到了应用补偿后传递函数的误差图(见图23)。该图显示,在温度和动态范围为35 dB时,最坏情况误差约为±0.25 dB。


图23:采用误差补偿算法后的AD8361过温误差

+ 0.55 dB
+ 2.51 dB
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