对数放大器(通常称为对数放大器)由于能够检测在很大动态范围内变化的信号，因此对突发检测和测量非常有用。单片Logamp能够在3.5 GHz频率下检测短至20 ns的射频突发，并且它们可以检测到大至120 dB的幅度变化。(1)Logamp突发检测器通常用于雷达和幅度移位键控(ASK)信号的解调等应用。本文描述了设计人员在将logamp应用于这些任务时必须考虑的问题，并讨论了与测量logamp脉冲响应时间相关的技术和缺陷。

要了解logamp如何检测射频突发，首先有必要了解logamp操作的基础知识。图1显示了典型logamp的简化框图。该器件的核心是线性放大器的级联链，每个放大器的增益通常在10到20db之间。为简单起见，本例显示了一个由五个放大器级组成的链，每个级的增益为20 dB或10倍。一个小的连续正弦波被送入链中的第一个放大器，并通过链传播。在某个阶段，它变得如此之大，以至于开始夹住。在本例中，裁剪(或限制)电平已设置为+1 vdc峰值，并且发生在第三级的输出处。被截断的信号继续通过信号链，在传输过程中保持其+ 1vdc的峰值幅度。

每个放大器输出端的信号被送入全波整流器或检测器，这些整流器的输出被加在一起。然后将求和输出应用于低通滤波器，该滤波器去除求和后的全波整流信号的纹波。(一些logamp有内置的低通输出滤波器，而其他logamp则需要外部滤波器。)当输入信号呈指数增长时，电流的总和呈线性增长，因此输出信号与输入信号包络线的对数成正比。当输入信号是连续的(不是脉冲的)时，对数放大器通过输出稳态直流电压来响应。(对logamp操作的更详细解释见参考文献2。)

现在考虑一下如果输入信号不是连续的，而是断断续续的脉冲会发生什么。logamp的响应时间——输出响应其输入的变化所花费的时间——由低通输出滤波器的RC时间常数决定。这个滤波器的带宽通常被称为视频带宽。将视频带宽设置得非常高，显然会对低频输入信号产生残留的输出纹波。例如，图2显示了AD8313单片logamp对10khz输入突发的响应。AD8313的工作频率为2.5 GHz，动态范围为65db。由于AD8313的片上视频带宽设置为大约13 MHz，因此在响应此低频输入时存在过多的输出纹波。这个场景证明了低通输出滤波器的拐角频率决定了logamp的最小输入频率。Logamp设计人员通常将最小输入频率设置为视频带宽的5到10倍之间的值。然而，只要使用足够的外部低通滤波，logamp可以用来检测较低频率的输入而没有任何损失。(在某些情况下，这可以像在日志输出中添加负载电容器一样微不足道。)

logamp的视频带宽不应该与它的输入信号带宽混淆。单片logamp的输入信号带宽通常在50 MHz到大约2.5 GHz之间，而输出滤波器的视频带宽通常在1到30 MHz之间。该表列出了许多Devices的对数放大器的最大输入频率和视频带宽。注意，AD640和AD641没有片上低通滤波器，需要外部滤波。这种安排的优点是转角频率可以设置在任意高的频率。这可以产生低至6纳秒的上升时间。

在为其响应时间选择logamp时，设计人员必须考虑其主要应用。图3显示了电路中用于检测简单ASK信号的对数放大器。在本例中，射频突发的存在或不存在传递数字信息的1和0。它也可以用于雷达应用，其中爆发的到达时间是要测量的关键参数。

虽然对数放大器检测到的信号可以在很大的动态范围内变化，但对数放大器的输出幅度无关紧要。重要的是它能探测到爆发的存在与否。实际上，在所示的应用程序中，logamp的输出被馈送到比较器。比较器的阈值设置为与略高于其动态范围底部的logamp输入电平相对应的电压。在这样的应用程序中，标准做法是将响应时间指定为10%到90%的上升时间——也就是说，信号从其最终值的10%上升到90%所需的时间。虽然这个标准并没有表明对数放大器需要多长时间才能提供输入幅度的精确测量，但它确实很好地说明了对数放大器可以检测到的脉冲有多窄。

在对输入信号大小的测量至关重要的应用中，将响应时间定义为从突发开始到logamp输出达到其最终值的某一部分之间的时间(通常使用最终值的0.5 dB)。

图4a和b显示了AD8314上的脉冲响应测量结果，AD8314针对移动手持设备中传输的时分多址(TDMA)突发的检测和控制进行了优化。logamp工作范围为100 MHz至2.5 GHz，动态范围为45 dB。图4a显示了+10、0、-10和-20 dBm输入电平时的输出响应(图中显示了+10-dBm输入信号)。很明显，对数放大器输出信号的下降沿有问题。与上升边缘相比，这张图上的下降边缘有一条长长的尾巴，沉淀速度很慢。然而，经过更仔细的检查，可以得出结论，logamp正在做它应该做的事情——检测在非常大的动态范围内变化的信号。仔细观察图4a中输入信号的衰减，可以看出，在300ns突发结束时，它并没有立即完全关闭。这个信号衰减到一个在示波器等线性刻度上几乎看不见的水平。然而，在对数域中，信号在突发结束后仍然相对较大。当然，logamp检测到这个相对较大的信号。

图4b显示了放大后的+ 10dbm输入信号。在这里，很明显，爆发持续在较低的水平额外100纳秒，并在此之后需要一些额外的时间来解决。这个100纳秒突发扩展的结果在对数放大器的输出端是清晰可见的。注意，这个问题在爆发开始时是不可见的。当上升时，输入信号迅速从零上升到接近其最终值的值。上升时间的稳定部分需要通过一个电压范围，在分贝方面，是相当小的。例如，log(20) - log(10) >Log (100) - Log (90)

显然，精确控制突发关断对于测量对数放大器输出的下降时间至关重要，比线性放大器更为重要。图5显示了精确测量logamp上升和下降时间的电路。脉冲发生器用于打开和关闭射频源。为了从logamp接收一个急剧的降边响应，有必要以100ps的增量调整脉冲发生器的脉冲宽度。这允许射频发生器控制被调整，直到关闭脉冲使爆发失效，就像它使一个零交叉。射频发生器对突发使能信号的反应能力也很关键。一般来说，发电机的这个特性是未知的，确定它需要一些实验。

在这些信号测量中，使用场效应晶体管(FET)探头，因为它们贡献的负载电容很小。对于logamp输出的测量尤其如此，因为即使少量的负载电容也可以与logamp的输出阻抗形成低通滤波器并减慢输出边缘。

到目前为止，讨论的重点是检测射频突发(也称为射频脉冲)-交流信号打开，保持一小段时间，然后关闭。Logamps也可以检测基带脉冲，但它们没有针对该功能进行优化。基带脉冲被定义为一种信号，它在短时间内从一个直流电平(通常，但不总是0 VDC)变化到另一个电平，然后返回到原始值。光电二极管发出的信号就是一个很好的例子。一般来说，需要该脉冲的直流耦合。由于大多数logamp都是内部直流耦合的，因此这基本上是可行的。然而，当使用差分输入的单电源logamp时，有一个实际的限制。为了使第一级有适当的偏置，输入信号必须比地电位高几伏。此外，信号源通常是单端接地参考信号，因此为了正确驱动对数放大器的差分输入，还需要提供单端到差分的转换。

图6显示了如何使用AD8138差分放大器将信号电平移位并转换为差分形式。然后，AD8138的差分输出驱动AD8310对数放大器，其输入阻抗约为1k欧姆。〇4499欧姆电阻将差分放大器的增益设置为单位。通过向AD8138的VOCM引脚施加+2.5 VDC(来自电源参考电阻分压器)，可以实现+2.5 VDC的输出共模(或偏置)电压。

在这种应用中，有必要修剪电路的失调电压。请记住，仅几毫伏的偏移量就可以大大减小对数域中的动态范围。在正常(交流耦合)工作下，AD8310补偿其内部失调电压。(这也是通常建议使用交流耦合的另一个原因。)当输入是直流耦合时，必须禁用这种偏置补偿电路。这是通过向AD8310的OFLT引脚施加约+1.9 VDC的标称电压来实现的。请注意，这不会修剪logamp的失调电压，它只是将其保持在一个固定的水平，并防止logamp的失调补偿电路将直流输入信号误认为失调。

因此，AD8138的修剪补偿了两个器件的偏移。通过接地电路的输入和稍微改变AD8138的反相输入上的增益电阻(a 50-)来实现微调欧姆在本例中使用电位器)，直到AD8310输出端的电压达到最小值。修整后，动态范围下端受到AD8138输出宽带噪声的限制，峰值约为425 μV。图7显示了该电路如何响应一系列振幅为1mv、10mv、100mv和+ 1vdc的100 μs脉冲。该电路可以检测到窄至40ns的脉冲。脉冲前后输出信号上的过多噪声是由信号发生器噪声引起的。

参考电路

1. 120db动态范围测量系统。AD8307 datasheet，第17页。可在。

2. Eamon Nash，“问应用工程师——解释28个对数放大器”，对话，第33卷，第3期，1999年3月。可在。

3.AD8307，低频操作。AD8307 Datasheet，第17页。可在。