改善RMS功率檢波器在整個溫度范圍內(nèi)的輸出準確度

在基站設(shè)計中，穩(wěn)定的溫度性能極其重要，因為視基站周邊情況和地點的不同而不同，環(huán)境溫度可能變化很大。RMS檢波器如果隨溫度變化的準確度很高，就可以提高基站設(shè)計的電源效率。LTC5582和雙通道LTC5583是一個RMS檢波器系列的兩款器件，LTC5582在最高10GHz的頻率范圍內(nèi)可提供極其穩(wěn)定的溫度性能(從-40°C至85°C)，而LTC5583的頻率范圍則在6GHz內(nèi)。不過，它們的溫度系數(shù)隨頻率而改變，而沒有溫度補償下，隨溫度變化而產(chǎn)生的誤差可能大于0.5dB。因此，有時有必要針對不同的頻率優(yōu)化溫度補償，以改善準確度，使誤差<0.5dB。此外，溫度補償可以僅用兩個外部電阻器實現(xiàn)，而無需外部電路。

　　輸出電壓的變化由以下等式?jīng)Q定：

　　?VOUT=TC1x(TA-tNOM)+TC2x(TA-tNOM)2+detV1+detV2(等式1)

　　其中TC1和TC2分別是1階和2階溫度系數(shù)。TA是實際的環(huán)境溫度，tNOM是室內(nèi)基準溫度25°C，detV1和detV2是RT1和RT2未設(shè)定為零時的輸出電壓變化。

　　圖1：1階?VOUT隨溫度的變化

　　就LTC5582和LTC5583而言，計算溫度補償電阻值的方法是相同的(參見圖2和圖3)。兩個控制引腳是RT1和RT2，RT1設(shè)定TC1(1階溫度補償系數(shù))，RT2設(shè)定TC2(2階溫度補償系數(shù))。如果不需要溫度補償，那么將RT1和RT2短路到地，就可以很方便地關(guān)閉溫度補償功能。

　　圖2：引腳RP1和RP2的簡化原理圖

　　圖3：引腳RT1和RT2的簡化原理圖LTC5583的溫度補償設(shè)計

　　LTC5583包括兩個額外的引腳RP1和RP2，RP1控制TC1的極性，RP2控制TC2的極性。不過，在采用一個固定的RT1或RT2值時,溫度系數(shù)的大小相等,只是極性倒轉(zhuǎn)。通道A和通道B共享補償電路，因此兩個通道一起受到控制。

　　圖1說明了在1階溫度補償?shù)那闆r下，VOUT作為溫度的函數(shù)是怎樣變化的。圖中僅顯示了3個電阻值，以說明增大電阻值會使斜線斜率增大。斜線極性由RP1引腳控制。

　　圖4說明了2階溫度補償對VOUT的影響。該曲線的極性由RP2控制。其曲率取決于電阻值。1階和2階溫度補償合起來的總體影響由等式1給出。

　　圖4：2階VOUT隨溫度的變化

　　以LTC5583在900MHz輸入時的情況為例。第一步是測量沒有溫度補償時VOUT隨溫度的變化。圖5顯示未補償時的VOUT。線性誤差隨溫度的變化以25°C時的斜線和截取點為基準。為了最大限度地減小輸出電壓隨溫度的變化，紅色(85°C)的線性度曲線必須下移，藍色(-40°C)的線性度曲線必須上移，以與黑色室溫時的曲線一致，并盡可能多地重疊。接下來就是一步一步地設(shè)計了。

　　圖5：在900MHz時未補償?shù)腖TC5583

　　第一步。以dB為單位從圖5估計所需的溫度補償。例如，讀取輸入功率為-25dBm時的曲線值，這是動態(tài)范圍的中部。將以dB為單位的線性誤差乘以30mV/dB(典型的VOUT斜率)，以將單位轉(zhuǎn)換為mV。

　　低溫(-40°C)=+13mV或+0.43dB

　　高溫(85°C)=-20mV或-0.6dB

　　這是隨溫度變化所需的輸出電壓調(diào)節(jié)量。

　　第二步。確定RP1和RP2的極性以及1階和2階補償解決方案。為了找到解決方案，設(shè)a=1階項，b=2階項。設(shè)定這兩項的值，使它們滿足-40°C和85°C的溫度補償要求。

　　a–b=+13mV(等式2)

　　a–b=-20mV(等式3)

　　a=16.5(1階解決方案)

　　b=3.5(2階解決方案)

　　等式2和等式3中“a”和“b”的極性由1階項和2階項的極性決定，這樣，它們的和在低溫(-40°C)時滿足+13Mv和高溫時滿足-20mV(85°C)的調(diào)節(jié)要求。參見圖6。1階項和2階項或者為正、或者為負。因此?？偣灿?種組合。在這種情況下，僅當兩項均為負時，它們的和才能滿足所需補償。

　　圖6：1階和2階解決方案的極性

　　圖7顯示了在-40°C和+85°C時所需的1階和2階補償。請注意，1階和2階補償?shù)臉O性是負的，這樣，當兩條曲線相加時，它們的和才能對VOUT產(chǎn)生所需的調(diào)節(jié)。結(jié)果，TC1和TC2為負，RP1和RP2從圖8和圖9決定。請注意，兩個解決方案的值加起來在-40°C時約等于+13mV，在+85°C時約等于-20mV。