本應(yīng)用筆記討論如何將MAX2016 RF檢波器集成到外差收發(fā)器應(yīng)用中的增益測量自動(dòng)測試系統(tǒng)中。本文比較了三種不同方法的質(zhì)量和測量精度：增益測量和校準(zhǔn);僅帶偏移的增益測量;以及通過偏移和斜率校準(zhǔn)進(jìn)行增益測量。

介紹

作為雙路RF功率檢波器，MAX2016能夠?qū)蝹€(gè)RF模塊或更復(fù)雜的外差收發(fā)器進(jìn)行增益測量。該器件的主要特性之一是包含一個(gè)片內(nèi)比較器電路，用于計(jì)算兩個(gè)施加功率電平之間的差值。通過該電路可以輕松實(shí)現(xiàn)增益 = POUTPUT - PINPUT = POUTA - POUTB = POUTD 的簡單增益計(jì)算。但是，必須注意確保充分滿足測量的精度要求。

根據(jù)應(yīng)用的不同，可能需要一次性校準(zhǔn)，以抵消線路和耦合器損耗的任何差異，以及器件之間的差異。以下應(yīng)用筆記概述了RF增益測量中采用的一些基本校準(zhǔn)方法。介紹了兩種常見的應(yīng)用。第一個(gè)示例詳細(xì)介紹了如何測量外差收發(fā)器的增益。第二個(gè)例子顯示了校準(zhǔn)后的MAX2016如何替代工廠自動(dòng)化測試設(shè)備（ATE）應(yīng)用中緩慢而昂貴的功率計(jì)。在ATE示例中，提供了使用和不使用校準(zhǔn)所達(dá)到的精度的比較以供參考。這兩個(gè)示例都說明了充分校準(zhǔn)測量設(shè)置的重要性。

典型RF收發(fā)器增益測量

由于MAX2016的功率檢波器具有DC至2.5GHz的擴(kuò)展頻率范圍，因此可以輕松配置器件，以測量單個(gè)增益模塊（圖1a）或完整的外差接收/發(fā)送陣容（圖1b）的增益。

圖 1a.單個(gè)RF增益模塊的增益測量。

圖 1b.外差接收器的增益測量。

在上述兩種配置中，測量不確定度都會(huì)影響增益測量的精度。MAX2016中的器件間變化可能會(huì)影響絕對增益測量受到線路差和耦合器損耗以及器件間變化的影響。雖然MAX2016包括兩個(gè)相同的集成對數(shù)檢測器，但斜率和截點(diǎn)的微小差異會(huì)導(dǎo)致差分輸出出現(xiàn)小誤差。

補(bǔ)償這些變化的一種簡單方法是在工廠測試期間實(shí)施一次性斜率和截距校準(zhǔn)。圖2概述了外差接收器的測試配置。如圖所示，具有已知功率電平的RF信號(hào)被注入接收器的前端。然后使用外部功率檢波器來確定下變頻信號(hào)的接收功率電平。如果下變頻信號(hào)不能輕易采樣，可以使用收發(fā)器的板載高速ADC來近似接收功率電平。由于大多數(shù)接收器采用某種可變增益放大器/可變電壓放大器（VGA/VVA）來增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍，因此可以在測試和后續(xù)測量中改變該系列的增益，以確定增益相對于V的斜率和截距出響應(yīng)。響應(yīng)的斜率和截距存儲(chǔ)在收發(fā)器的非易失性存儲(chǔ)器（NVM）中，允許后續(xù)V出測量值映射到絕對增益值。為了提高精度，具有多個(gè) V 值的完整矩陣出增益可以創(chuàng)建并存儲(chǔ)在 NVM 中。然后可以實(shí)現(xiàn)插值算法來計(jì)算任何測量值V的增益出.圖 3 描述了這兩種替代方法。

圖2.工廠增益校準(zhǔn)設(shè)置 — 被測接收機(jī)。

圖3.外差接收器的增益校準(zhǔn)方案。

注意，MAX2016的兩個(gè)內(nèi)部對數(shù)檢測器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)映射良好，在計(jì)算收發(fā)器絕對增益時(shí)無需補(bǔ)償溫度失調(diào)。如果需要更高的精度，當(dāng)然可以測量典型的溫度偏移并將其輸入NVM。增益與 V 的關(guān)系出算法可以通過測量當(dāng)前工作溫度并在溫度極端值之間進(jìn)行插值來添加這些偏移。

在ATE應(yīng)用中使用MAX2016作為兩個(gè)功率計(jì)的替代方案

如上所述，測量被測器件（DUT）增益的最直接方法是直接測量其輸入和輸出功率（以dBm為單位），然后從輸出功率中減去輸入功率以獲得增益。傳統(tǒng)上，獲得非常精確的寬帶功率測量的唯一方法是使用功率計(jì)。然而，功率計(jì)的緩慢測量速度使其無法在短測試時(shí)間至關(guān)重要的生產(chǎn)環(huán)境中使用。 由于MAX2016的雙對數(shù)檢波器的響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)短（~100ns），因此在生產(chǎn)環(huán)境中可以進(jìn)行快速增益測量。如上例所示，通過將DUT的輸入功率耦合到MAX2016的一個(gè)端口，同時(shí)將DUT的輸出功率耦合到MAX2016的第二個(gè)端口，可以進(jìn)行簡單的增益測量。直流電壓（VOUTD_MEAS）與器件的增益成正比，可以在V處捕獲出針。增益可通過以下表達(dá)式計(jì)算：

增益 （dB） = （VOUTD_OFFSET， wOUTD_MEAS） / VOUTD_SLOPE

不使用校準(zhǔn)和 V 的典型值OUTD_OFFSET和 VOUTD_SLOPE根據(jù)MAX2016的數(shù)據(jù)資料，該公式可以簡化為增益（dB）= （1.0 - VOUTD_MEAS) / 0.025.請參考MAX2016數(shù)據(jù)資料了解更多詳情。

雖然這種用于計(jì)算增益的簡化表達(dá)式很有用，但建議進(jìn)行更徹底的校準(zhǔn)以提高增益測量的精度?？梢詫?shí)施多個(gè)校準(zhǔn)步驟，以產(chǎn)生不同程度的絕對精度。以下文本詳細(xì)介紹了一種校準(zhǔn)方法，該方法涉及測量V的精確值OUTD_OFFSET和 VOUTD_SLOPE.用戶可以選擇實(shí)現(xiàn)一種或兩種校準(zhǔn)類型，具體取決于所需的精度水平。提供了一個(gè)比較（見下文），概述了僅使用 V 獲得的預(yù)期精度OUTD_OFFSET校準(zhǔn)與 VOUTD_OFFSET 和VOUTD_SLOPE校準(zhǔn)。

常規(guī)測試設(shè)置

獲得 V 的更精確值OUTD_OFFSET，MAX2016的兩個(gè)輸入端口必須以相同的功率電平驅(qū)動(dòng)。V 上的直流電平出引腳等于 VOUTD_OFFSET.使用校準(zhǔn)衰減器與MAX2016輸入端口串聯(lián)并測量V出值，允許用戶查找 VOUTD_SLOPE.VOUTD_SLOPE然后可以求解給定的 VOUTD_OFFSET以及衰減器的損失。圖4概述了這種表征的測試設(shè)置。MAX2016評(píng)估板用作增益測量/校準(zhǔn)技術(shù)的一部分。

圖4.實(shí)驗(yàn)室評(píng)估設(shè)置。

在此評(píng)估中，使用固定功率衰減器來校準(zhǔn)VOUTD_SLOPE.但是，請注意，獲得的結(jié)果同樣適用于具有增益的器件。所選頻率和精確衰減由MAX3654 VGA的測試要求驅(qū)動(dòng)：MAX0 VGA是一款帶AGC的CATV跨阻放大器，可在20dB至<>dB范圍內(nèi)改變增益。可以選擇不同的頻率和衰減器值，以滿足其他應(yīng)用的要求。

校準(zhǔn) VOUTD_OFFSET和 VOUTD_SLOPE

首先使用URV5 RF功率計(jì)對各種衰減器進(jìn)行表征。該測量在圖4中的A點(diǎn)進(jìn)行，以確保它代表真實(shí)的衰減，同時(shí)考慮到任何電纜損耗。

接下來，V 的值OUTD_OFFSET和 VOUTD_SLOPE在每個(gè)測試頻率下測量。

測量五OUTD_OFFSET，衰減器被旁路，MAX2016的兩個(gè)端口以相同的信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)。產(chǎn)生的直流電壓在 V出是 V 的校準(zhǔn)值OUTD_OFFSET.

測量五OUTD_SLOPE，插入校準(zhǔn)的10dB衰減器，直流電壓為V出再次測量。（將此值稱為 VOUTD_MEAS.)V 的值OUTD_SLOPE現(xiàn)在可以使用公式1計(jì)算，給定VOUTD_OFFSET， VOUTD_MEAS，以及已知的衰減器值為10dB。請注意，衰減器值在公式10中表示為-1dB的增益。選擇10dB衰減器是因?yàn)樗挥贛AX3654增益范圍的中間。表 1 顯示了 V 的相應(yīng)值OUTD_OFFSET和 VOUTD_SLOPE.

校準(zhǔn)精度比較

V出在每個(gè)測試頻率下測量了六個(gè)獨(dú)立的衰減器（1、2、8、10、12 和 20dB）。進(jìn)行了計(jì)算以確定三種情況下的測量衰減和結(jié)果精度：

無校準(zhǔn)

僅偏移校準(zhǔn)

偏移和斜率校準(zhǔn)

結(jié)果在下面的表2至表6中給出。

MAX2016作為RF檢波器用于量產(chǎn)測試的結(jié)論

從上面提供的數(shù)據(jù)中可以得出一些觀察結(jié)果。

首先，未校準(zhǔn)的相關(guān)誤差（表2）很大。如果像MAX3654 VGA這樣的器件的增益是在量產(chǎn)中使用未校準(zhǔn)的MAX2016測試的，那么VGA測試限值需要非常寬，以允許這些較大的誤差。這反過來又會(huì)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)手冊中更寬的增益規(guī)格，從而使該器件對設(shè)計(jì)人員的吸引力降低。

其次，0.9dB和2.0dB衰減器的誤差是可控的，只需進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)（表3和表5）。當(dāng)僅測量一個(gè)DUT增益值時(shí)，這很有用。如果 DUT 板的設(shè)計(jì)使 DUT 輸出端的衰減等于典型的預(yù)期 DUT 增益，則功率檢波器端口的輸入電平將大致相等。假設(shè)增益規(guī)格的擴(kuò)散小于約2dB。那么0.9dB和2.0dB衰減器的精度數(shù)據(jù)意味著只需要進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)即可精確測量與典型增益的微小偏差。但是，請注意精度如何隨著衰減值的增加而迅速降低。因此，這種技術(shù)會(huì)出現(xiàn)VGA等VGA常見的大增益偏差問題。

表4和表6中的數(shù)據(jù)顯示，在大范圍內(nèi)測量增益時(shí)，同時(shí)執(zhí)行偏移和斜率校準(zhǔn)可提供最佳結(jié)果。為了執(zhí)行校準(zhǔn)，DUT板硬件必須能夠?qū)AX2016功率檢測器驅(qū)動(dòng)到同一電平，并切換校準(zhǔn)衰減器。

圖5所示為MAX2016輸入端所需RF開關(guān)的一種可能方案。DUT 增益測量在開關(guān)位于位置 A 時(shí)執(zhí)行。失調(diào)校準(zhǔn)是在開關(guān)處于位置B的情況下執(zhí)行的。斜率校準(zhǔn)是在開關(guān)位于位置 C 的情況下執(zhí)行的。用于斜率校準(zhǔn)的衰減器值等于DUT增益規(guī)格的典型值。請注意，對于遠(yuǎn)離執(zhí)行斜率校準(zhǔn)時(shí)的值（10dB）的衰減，誤差仍然很小。數(shù)據(jù)支持增益非線性與V的假設(shè)出曲線最小，也表明只需要進(jìn)行一次斜率校準(zhǔn)。

圖5.MAX2016射頻輸入校準(zhǔn)開關(guān)

審核編輯：郭婷