LMV225/LMV226/LMV228：CDMA和WCDMA應(yīng)用中的RF功率檢測(cè)器

在CDMA和WCDMA應(yīng)用的設(shè)計(jì)中，RF功率檢測(cè)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。TI的LMV225/LMV226/LMV228系列RF功率檢測(cè)器憑借其出色的性能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這三款器件。

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產(chǎn)品概述

LMV225/LMV226/LMV228是專門為CDMA和WCDMA應(yīng)用設(shè)計(jì)的30 dB RF功率檢測(cè)器。其RF頻率范圍為450 MHz至2 GHz，能提供經(jīng)過精確溫度和電源補(bǔ)償?shù)妮敵鲭妷?，該電壓與dBm為單位的RF輸入功率呈線性關(guān)系。器件采用2.7V至5.5V的單電源供電，并且集成了濾波器，可對(duì)CDMA信號(hào)進(jìn)行低紋波平均功率檢測(cè)，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)30 dB。此外，還可通過單個(gè)外部電容器進(jìn)行額外濾波。

三款器件特性對(duì)比

電氣特性

電源電流

在不同工作模式下，三款器件的電源電流有所不同。例如，在2.7V電源電壓、無RF輸入功率且RFIN/EN = VDD的激活模式下，LMV225和LMV226的典型電源電流為4.9 mA，LMV228為4.9 mA；而在RFIN/EN = GND的關(guān)斷模式下，電源電流僅為0.44 μA。當(dāng)電源電壓為5.0V時(shí)，激活模式下的電源電流會(huì)稍有增加，關(guān)斷模式下的電流同樣較低。

邏輯輸入電平與開啟時(shí)間

EN引腳的邏輯低輸入電平為0.8V，邏輯高輸入電平為1.8V。開啟時(shí)間方面，在無RF輸入功率且輸出負(fù)載為10 pF的情況下，LMV225的開啟時(shí)間典型值為2.1 μs，LMV226為1.2 μs，LMV228為1.7 μs。

上升時(shí)間

上升時(shí)間與輸入功率的變化有關(guān)。以2.7V電源電壓為例，當(dāng)輸入功率從無功率躍升至0 dBm且輸出負(fù)載為10 pF時(shí)，LMV225的上升時(shí)間為4.5 μs；當(dāng)輸入功率從無功率躍升至15 dBm時(shí)，LMV226的上升時(shí)間為1.8 μs，LMV228為4.8 μs。

對(duì)數(shù)斜率與截距

不同頻率下，三款器件的對(duì)數(shù)斜率和截距也存在差異。例如，在900 MHz時(shí)，LMV225的對(duì)數(shù)斜率典型值為44.0 mV/dB，對(duì)數(shù)截距為 -45.5 dBm；LMV226的對(duì)數(shù)斜率為44.5 mV/dB，對(duì)數(shù)截距為 -24.5 dBm。隨著頻率的升高，對(duì)數(shù)斜率和截距會(huì)相應(yīng)變化。

典型應(yīng)用

高阻抽頭應(yīng)用

LMV225適用于高阻抽頭應(yīng)用。由于其輸入阻抗恒定，可實(shí)現(xiàn)與頻率無關(guān)的輸入衰減，從而將其輸入范圍與功率放大器（PA）的輸出范圍相匹配。通過電阻R?和器件的50Ω輸入電阻RIN實(shí)現(xiàn)衰減。例如，若PA的有用輸出功率高達(dá) +31 dBm，而LMV225的最大輸入功率為0 dBm，則需要R?實(shí)現(xiàn)至少31 dB的衰減。根據(jù)公式$A{dB}=20 cdot LOGleft[1+frac{R{1}}{R_{IN}}right]$，可計(jì)算出R?的值。當(dāng)R? = 1800Ω時(shí)，可實(shí)現(xiàn)31.4 dB的衰減。

定向耦合器應(yīng)用

LMV226和LMV228適用于定向耦合器應(yīng)用。它們的輸入范圍為 -15 dBm至 +15 dBm，若定向耦合器的典型衰減為20 dB，則可直接將其通過定向耦合器連接到PA，無需額外的外部衰減器。不同的PA范圍可通過選擇不同耦合系數(shù)的定向耦合器來配置。

關(guān)斷功能

LMV225/LMV226/LMV228的RFIN/EN引腳兼具使能/關(guān)斷和功率輸入功能。電容器C和電阻R?將直流關(guān)斷功能與交流功率測(cè)量分離。當(dāng)Enable = HI時(shí)，器件處于激活狀態(tài)；否則，處于低功耗關(guān)斷模式，此時(shí)輸出為低電平。對(duì)于LMV225，可通過公式$f=frac{1}{2 pileft(R{1}+R{IN}right) frac{C cdot C{IN}}{C+C{IN}}}$計(jì)算拐角頻率，其中RIN = 50Ω，CIN = 45 pF（典型值）。當(dāng)R? = 1800Ω且C = 100 pF時(shí)，拐角頻率為2.8 MHz。對(duì)于LMV226/LMV228，用耦合器輸出阻抗RCOUPLER代替R?，當(dāng)RCOUPLER = 50Ω且C = 100 pF時(shí)，拐角頻率為50 MHz。

輸出紋波分析

估算輸出紋波

CDMA調(diào)制的RF輸入信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致輸出紋波，影響RF功率測(cè)量。輸出紋波可通過公式$V{RIPPLE }=V{Y} cdot 20 LOGleft[frac{1+mu}{1-mu}right]$估算，其中VY是檢測(cè)曲線的斜率，μ是調(diào)制指數(shù)。CDMA的輸入信號(hào)幅度調(diào)制比通常在5至6 dB之間，相當(dāng)于調(diào)制指數(shù)μ為0.28至0.33。因此，輸出紋波僅取決于對(duì)數(shù)斜率VY和最大與最小輸入信號(hào)幅度之比，與RF輸入信號(hào)的平均功率無關(guān)。

附加濾波后的輸出紋波

未濾波時(shí)的輸出紋波可通過上述公式計(jì)算。當(dāng)在LMV225/LMV228的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容（如COUT = 1.5 nF）到地，形成低通濾波器時(shí)，紋波會(huì)進(jìn)一步衰減。截止頻率可通過公式$f{C}=frac{1}{2 pi C{OUT } R_{O}}$計(jì)算，其中RO為L(zhǎng)MV225/LMV228的輸出電阻（典型值為19.8 kΩ）。當(dāng)COUT = 1.5 nF時(shí)，截止頻率為5.36 kHz，100 kHz的AM信號(hào)將被衰減25.4 dB，剩余紋波小于20 mV，相當(dāng)于誤差小于 ±0.5 dB。由于LMV226具有低輸出阻抗緩沖器，使用電容降低紋波的效果不佳。

工作原理

LMV225/LMV226/LMV228的對(duì)數(shù)響應(yīng)通過對(duì)數(shù)放大器實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)放大器由多個(gè)級(jí)聯(lián)的線性增益單元組成，通過這些增益單元對(duì)對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行分段逼近。每個(gè)增益單元在達(dá)到一定閾值時(shí)開始飽和，增益降為零。所有增益單元的輸出經(jīng)過峰值檢測(cè)器進(jìn)行AM解調(diào)后相加，得到對(duì)數(shù)函數(shù)。對(duì)數(shù)范圍約為20 · n · log (A)，其中n為增益單元的數(shù)量，A為每個(gè)增益單元的增益。

布局考慮

在PCB布局時(shí)，需特別注意決定衰減的串聯(lián)電阻R?。對(duì)于高阻值電阻，其寄生電容可能會(huì)顯著影響實(shí)際衰減效果，導(dǎo)致有效衰減低于預(yù)期。為減小電阻R?兩端的寄生電容，可將其由多個(gè)電阻串聯(lián)組成，而非使用單個(gè)電阻。

總結(jié)

LMV225/LMV226/LMV228系列RF功率檢測(cè)器在CDMA和WCDMA應(yīng)用中表現(xiàn)出色，具有寬頻率范圍、低紋波檢測(cè)、多種應(yīng)用場(chǎng)景適配等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件型號(hào)，正確配置外部電路，并注意PCB布局，以充分發(fā)揮器件的性能。你在使用這些器件時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。