隨著射頻傳輸?shù)膽?yīng)用，對(duì)射頻功率測(cè)量的需要也隨之產(chǎn)生。最簡(jiǎn)單的方法基于著名的峰值檢波器，該檢波器是一種提取信號(hào)幅度的器件。進(jìn)行幅度調(diào)制時(shí)，直接可以獲得感興趣的信息，而當(dāng)測(cè)量的參數(shù)是信號(hào)的功率時(shí)，則必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。幾十年來(lái)，普遍使用二極管檢波器，而且現(xiàn)在依然廣泛使用。高容量無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展驗(yàn)證了從溫度補(bǔ)償二極管檢波器到專用的對(duì)數(shù)檢波器的復(fù)雜集成電路的設(shè)計(jì)。選擇正確的解決方案意味著要正確識(shí)別關(guān)鍵的參數(shù)。目前，集成射頻檢波器現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用，而且每當(dāng)要求更高的靈敏度和穩(wěn)定性時(shí)，集成射頻檢波器有代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二極管檢波器的趨勢(shì)。本文就射頻功率檢波器的頻率響應(yīng)、靈敏度和線性及易用性等方面的選擇進(jìn)行敘述。

檢波器的關(guān)鍵參數(shù)

工作頻率：

射頻信號(hào)頻率也許是選擇檢波器時(shí)最先考慮的參數(shù)。檢波器的速度必須快到足以提取信號(hào)的幅度。它也必須能在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)提供恒定的響應(yīng)。比如，用于測(cè)量GSM移動(dòng)電話傳輸功率的檢波器必須在880MHz 到 915MHz的范圍內(nèi)有相同的靈敏度。為滿足這一要求，兩個(gè)內(nèi)部的參數(shù)至關(guān)重要：靈敏度（或增益）變化與頻率之比，以及輸入阻抗匹配。NCS5002是一個(gè)頻率響應(yīng)優(yōu)化的完美實(shí)例（圖1）。輸入匹配元件已經(jīng)集成在器件中，以保證極低的VSWR。該器件基于寬帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可在從100MHz和以下到最高3GHz的范圍內(nèi)工作。這兩個(gè)特性保證了頻率范圍內(nèi)的變化極小，而且由于其不要求額外的校準(zhǔn)，因此簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

靈敏度和線性

靈敏度是指在非常低的輸入信號(hào)加到輸入時(shí)，檢波器返回有用信息的能力。所以靈敏度的定義與用于處理信號(hào)的ADC/DAC分辨率緊密聯(lián)系在一起。如果檢波器連接到一個(gè)具有1mV分辨率的ADC，設(shè)計(jì)師將檢查其想要檢測(cè)的信號(hào)電平在檢波器輸出端是否大于1mV。靈敏度越高，檢波器越好，但僅僅通過(guò)提高增益并不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)可能有大的信號(hào)變化時(shí)，最大的輸入信號(hào)必須同樣具有適當(dāng)?shù)木_度，這就要求有良好的動(dòng)態(tài)范圍。出于這一原因，檢波器被分為兩大類：線性和非線性檢波器。對(duì)于幅度調(diào)制的解調(diào)或者當(dāng)設(shè)計(jì)師無(wú)法校準(zhǔn)檢波曲線時(shí)，要求好的線性。NCS5000描述了這類器件。補(bǔ)償肖特基二極管檢波器提供極高的線性（圖2）。由于這是一個(gè)單位增益器件，可以直接讀出檢測(cè)的電壓，其特性具有可重復(fù)性，不需要校準(zhǔn)。當(dāng)要求大檢測(cè)范圍或高靈敏度時(shí)，不能再使用單位增益器件。檢測(cè)的信號(hào)必須放大。缺點(diǎn)是最大的輸入信號(hào)也放大了，這可能造成檢波器飽和。最佳解決方案是非線性放大。對(duì)于最小的輸入電平，增益最大。檢測(cè)的信號(hào)接近飽和電壓時(shí)增益變小。因?yàn)槠骷皇蔷€性的，只需要最小的校準(zhǔn)。市場(chǎng)上有很多非線性檢波器，從用昂貴射頻工藝制造的真正對(duì)數(shù)檢波器到單片線性檢波器應(yīng)有盡有，考慮到了動(dòng)態(tài)范圍和復(fù)雜度。NCS5002是單片線性檢波器的一個(gè)例子。非線性檢波器可以在-30dBm 到 +20dBm之間工作，而且因?yàn)樘匦郧€分為兩個(gè)線性部分，因此校準(zhǔn)也比較簡(jiǎn)單。

隨環(huán)境條件變化

一旦在一個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用，檢波器必須提供與環(huán)境條件無(wú)關(guān)的可靠信息。有關(guān)電源抑制或溫度變化的要求完全取決于系統(tǒng)應(yīng)用。集成檢波器的電源抑制性能通常大大強(qiáng)于基于二極管的分離解決方案。實(shí)際上，檢波器通常由一個(gè)調(diào)整器供電。這為功率變化提供了更大的保護(hù)。系統(tǒng)級(jí)的溫度變化更難管理，原因在于溫度很少能精確地測(cè)量。所以工作溫度的參數(shù)性能取決于檢波器自身的設(shè)計(jì)。我們又一次發(fā)現(xiàn)了單位增益檢波器和放大檢波器之間不同的工作方式。單位增益檢波器基于肖特基二極管架構(gòu)，如NCS5000，具有更高的固有穩(wěn)定性，而非線性檢波器需要更復(fù)雜的內(nèi)部補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)男阅堋＿@由圖3中的NCS5000特性完美地刻畫(huà)出來(lái)。檢測(cè)精度為兩個(gè)極端溫度下輸入功率的函數(shù)，以dB表示。參考是環(huán)境溫度下的檢測(cè)電平。

易用性

易用性很少作為關(guān)鍵的參數(shù)，但是它能極大地影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。分立的二極管檢波器比較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)范接近器件的極限值時(shí)，它的優(yōu)化與頻率和溫度在整個(gè)輸入功率范圍內(nèi)的關(guān)系可能需要花費(fèi)很多開(kāi)發(fā)時(shí)間，而且可能需要進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)補(bǔ)償零件間的差異。有了單片集成檢波器，優(yōu)化便已經(jīng)由制造商完成，而且功能完全特性化。射頻設(shè)計(jì)師可能通過(guò)其自己的測(cè)量確認(rèn)評(píng)估板與數(shù)據(jù)表有相同的結(jié)果。然后他將在應(yīng)用中重復(fù)測(cè)量該器件，這樣工作就完成了。圖4中的NCS5000應(yīng)用原理圖描述了只用一個(gè)檢波器和兩個(gè)通用的運(yùn)算放大器來(lái)控制GSM功率放大器的方法。

結(jié)論

NCS5000系列選擇線性和非線性檢測(cè)，覆蓋了100MHz 至 3GHz的頻率范圍和-30dBm 至 +20dBm的輸入功率范圍內(nèi)的功率檢測(cè)要求。