LMV225/LMV226/LMV228：CDMA與WCDMA應用中的RF功率探測器

在CDMA和WCDMA應用領域，RF功率探測器的性能直接影響到系統的穩(wěn)定性和準確性。TI推出的LMV225、LMV226和LMV228這三款RF功率探測器，憑借其出色的特性和廣泛的應用范圍，成為了工程師們的熱門選擇。下面讓我們深入了解一下這三款器件。

文件下載：LMV228SD NOPB.pdf

器件概述

LMV225/LMV226/LMV228是專門為CDMA和WCDMA應用設計的RF功率探測器。它們具有30 dB的線性dB功率檢測范圍，輸出電壓范圍為0.2V至2V，RF頻率范圍從450 MHz到2 GHz。這些器件能夠提供精確的溫度和電源補償輸出電壓，該電壓與RF輸入功率（dBm）呈線性關系。并且，它們可以在2.7V至5.5V的單電源下工作。

三款器件在功能上各有側重。LMV225的RF功率檢測范圍為 -30 dBm至0 dBm，非常適合與電阻分壓器直接配合使用；LMV226/LMV228的檢測范圍為 -15 dBm至15 dBm，適合與定向耦合器配合使用，其中LMV226配備了緩沖輸出，適用于GSM、EDGE、GPRS和TDMA等應用。

關鍵特性

寬頻率范圍與多頻段操作

支持450 MHz至2 GHz的RF頻率范圍，能夠滿足多種無線通信標準的需求，實現多頻段操作，為不同頻段的應用提供了便利。

精確的溫度補償

在不同的溫度環(huán)境下，能夠提供精確的輸出電壓，確保了功率檢測的準確性和穩(wěn)定性，減少了溫度變化對測量結果的影響。

低功耗與關機模式

具有邏輯低電平關機功能，當Enable = HI時，器件處于工作狀態(tài)；否則，處于低功耗關機模式，關機時輸出為低電平，有助于降低系統功耗。

多種封裝形式

提供了DSBGA（薄型1.0 mm x 1.0 mm x 0.6 mm、超薄型1.0 mm x 1.0 mm x 0.35 mm）和WSON（2.2 mm x 2.5 mm x 0.8 mm）等多種封裝形式，方便工程師根據不同的應用場景進行選擇。

電氣特性

電源電流

在不同的工作模式下，電源電流有所不同。例如，在 $V{DD}=2.7V$ 、$T{J}=25^{circ}C$ 的條件下，LMV225和LMV226在有源模式（RFIN/EN = VDD，無RF輸入功率）下的典型電源電流為4.8 - 4.9 mA，LMV228為4.9 - 6.2 mA；在關機模式（RFIN/EN = GND，無RF輸入功率）下，電流僅為0.44 - 4.5 μA。當 $V_{DD}=5.0V$ 時，有源模式下的電源電流會略有增加。

輸入輸出特性

輸入功率范圍方面，LMV225為 -30 dBm至0 dBm，LMV226/LMV228為 -15 dBm至15 dBm。輸出電壓范圍為0.2V至2V，并且可以根據需要進行縮放以滿足ADC輸入范圍的要求。此外，還給出了不同頻率下的對數斜率和對數截距等參數，這些參數對于準確測量和設計電路非常重要。

響應時間

包括開啟時間（ton）和上升時間（tr）。例如，在無RF輸入功率、輸出負載為10 pF的情況下，LMV225和LMV226的開啟時間典型值分別為2.1 μs和1.2 μs，上升時間在不同的輸入功率變化下也有相應的數值。

典型應用

高電阻分壓器應用（LMV225）

LMV225適合通過高電阻分壓器進行功率測量。為了使功率放大器（PA）的輸出功率范圍與LMV225的輸入范圍相匹配，需要正確配置高電阻分壓器。通過電阻 $R{1}$ 和器件的50Ω輸入電阻（$R{IN}$）實現輸入衰減。例如，當PA的有用輸出功率高達 +31 dBm，而LMV225能處理的輸入功率最高為0 dBm時，$R{1}$ 應實現至少31 dB的衰減。根據公式 $A{dB}=20 cdot LOGleft[1+frac{R{1}}{R{IN}}right]$ ，可計算出 $R{1}$ 的值。在實際應用中，將 $R{1}$ 設為1800Ω，可實現31.4 dB的衰減。

定向耦合器應用（LMV226/LMV228）

LMV226/LMV228具有50Ω輸入電阻，輸入范圍為 -15 dBm至 +15 dBm。如果定向耦合器的典型衰減為20 dB，則可以直接將LMV226/LMV228通過定向耦合器連接到PA，無需額外的外部衰減器。對于不同的PA范圍，可以選擇不同耦合因子的定向耦合器進行配置。

關機功能

$RF{IN} / E{N}$ 引腳具有使能/關機和功率輸入兩種功能。通過電容C和電阻 $R_{2}$ 將直流關機功能與交流功率測量分離。當Enable = HI時，器件處于工作狀態(tài)；否則，處于低功耗關機模式。電容C的選擇需要足夠大，以確保拐角頻率遠低于要測量的最低輸入頻率，但也不能過大，以免增加器件的開啟時間。

輸出紋波問題及解決方法

輸出紋波產生原因

CDMA調制載波通常包含一些幅度調制，這可能會干擾用于控制PA的RF功率測量，導致輸出出現紋波。紋波的幅度與對數斜率 $V_{Y}$ 和輸入信號的最大最小幅度比有關，而與RF輸入信號的平均輸入功率無關。對于CDMA，輸入信號幅度調制的最大最小比通常在5至6 dB之間，相當于調制指數μ為0.28至0.33。

紋波估算與濾波

可以通過公式 $V{RIPPLE }=V{Y} cdot 20 LOGleft[frac{1+mu}{1-mu}right]$ 估算輸出紋波。在未濾波的情況下，紋波可能較大。例如，對于LMV225/LMV228，當 $V{Y}=40 mV / dB$ ，$Delta P{IN}=5$ dB時，$Delta V{OUT }=200$ $mV{PP}$。通過在輸出端并聯一個電容（如 $C{OUT }=1.5 nF$ ）進行低通濾波，可以進一步衰減紋波。根據公式 $f{C}=frac{1}{2 pi C{OUT } R{O}}$ 計算截止頻率，當 $R{O}=19.8 k Omega$ ，$C{OUT }=1.5 nF$ 時，截止頻率為5.36 kHz，100 kHz的AM信號將被衰減25.4 dB，剩余紋波小于20 mV，誤差小于 ±0.5 dB。但由于LMV226具有低輸出阻抗緩沖器，使用電容減少紋波的效果不佳。

工作原理

LMV225/LMV226/LMV228的對數響應是通過對數放大器實現的。對數放大器由多個級聯的線性增益單元組成，每個增益單元在達到一定閾值時開始飽和，增益降為零。所有增益單元的輸出經過峰值檢測器進行AM解調后相加，從而實現對數函數。對數范圍約為 $20 cdot n cdot log (A)$ ，其中n為增益單元的數量，A為每個增益單元的增益。

布局考慮

在電路板布局時，需要特別注意決定衰減的串聯電阻 $R{1}$ 。對于高阻值電阻，其寄生電容可能會顯著影響實際衰減效果，導致有效衰減低于預期。為了減少電阻 $R{1}$ 兩端的寄生電容，可以將該電阻由多個組件串聯組成，而不是使用單個組件。

總結

LMV225/LMV226/LMV228這三款RF功率探測器在CDMA和WCDMA應用中具有出色的性能和豐富的功能。工程師在設計過程中，需要根據具體的應用需求，合理選擇器件和配置參數，同時注意電路板布局和輸出紋波等問題，以確保系統的穩(wěn)定性和準確性。大家在實際應用中是否遇到過類似器件的其他問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。