CN110346638A - 一种用于监控rf系统输出功率的高灵敏度检波电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，包括：第一偏置电路(1)、第二偏置电路(2)、检波电路(3)、第一运放(4)、第一整形滤波电路(5)、第二运放(6)、第二整形滤波电路(7)、第三运放(8)。本发明实现简单，采用超低压降的检波管，实现超低压降检波。采用高精度电阻，巧妙设置偏置电压大小，配合检波电路，实现精确控制RF功率监测门限的大小，采用的分压电阻的参数越稳定，精度越高，门限的精度越高。利用运放的特性，通过设置运放正、负输入端的偏置电压，再配合后端的运放和滤波电路，实现射频功率到直流电压的变换，进而通过监测输出的直流电压实现对射频输出功率的监测。

Description

一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路
技术领域
本发明涉及一种用于监控RF系统输出功率的电路技术领域，特别是一种高灵敏度检波电压监测电路。
背景技术
一般频率源或者上变频等射频系统需要对输出信号的功率提供监测功能，用于指示信号的输出功率是否处于正常水平。检波电路主要由检波二极管、运放、比较器等组成。但是目前对信号的输出功率精度控制要求越来越高，简单的检波电路难以实现高精度和高灵敏度的功率监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，解决传统检波电路难以实现高精度和高灵敏度的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，其包括：第一偏置电路、第二偏置电路、检波电路、第一运放、第一整形滤波电路、第二运放、第二整形滤波电路、第三运放；所述射频输入端与第一偏置电路的输入端相连，第一偏置电路的输出端与检波电路的输入端相连，检波电路的输出端与第一运放的正向输入端相连，第二偏置电路的输出端与第一运放的负向输入端相连；所述第一运放的输出端与第一整形滤波电路的输入端相连，整形第一滤波电路的第一输出端与第二运放的正向输入端相连，第一整形滤波电路的第二输出端与第二运放的负向输入相连；所述第二运放的输出端与第二整形滤波电路的输入端相连，第二整形滤波电路的第一输出端与第三运放的正向输入端相连，第二整形滤波电路的第二输出端与第三运放的负向输入端相连，第三运放的输出端作为电路的最终输出。
其中，介质板作为电路的元器件的载体，第一偏置电路、第二偏置电路、检波电路、第一运放、第一整形滤波电路、第二运放、第二整形滤波电路、第二运放被布置在介质板上。
其中，第一偏置电路将射频脉冲信号叠加到第一直流偏置电压上，检波电路将射频脉冲信号转换为第二直流电电压，第二直流电电压的大小由第一直流偏置电压和射频脉冲信号叠加一起共同决定，检波电路的输出端与第一运放的正向输入端相连，第二偏置电路产生第三直流偏置电压，其输出端与第一运放的负向输入端相连，输入第二直流电压信号和第三直流偏置电压会使第一运放输出一个脉冲直流电压。第一运放将脉冲直流电压信号输入到第一整形滤波电路中，第一整形滤波电路将脉冲直流电压信号转换为一个带有锯齿纹波的第五直流电压信号，第一整形滤波电路将第五直流电压信号传输给第二运放，第二运放将第五直流电压信号放大后产生第六直流电压信号，第六直流电压信号是一个纹波较小的直流电压信号，第二整形滤波电路将第六直流电压信号进行平滑处理，得到一个的平滑第七直流电压信号，整形滤波电路将第七直流电压信号传输给第三运放，第三运放将第七直流电压信号处理放大后得到第八直流电压信号，第三运放的输出端作为电路的最终输出，得到最后的平滑直流信号。
本发明还提出一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路的检波方法，其包括：射频脉冲输入信号与第一偏置电路的输入端相连，第一偏置电路将射频脉冲信号叠加到第一直流偏置电压上，其输出端与检波电路的输入相连，检波电路的作用是将射频脉冲信号转换为一个第二直流电电压，第二直流电电压的大小由第一直流偏置电压和射频脉冲信号共同决定，检波电路的输出端与第一运放的正向输入端相连，第二偏置电路产生一个第三直流偏置电压，其输出端与第一运放的负向输入端相连，输入第二直流电压信号和第三直流偏置电压会使第一运放输出一个脉冲直流电压。第一运放的输出端与整形滤波电路的输入端相连，将脉冲直流电压信号输入到第一整形滤波电路中，第一整形滤波电路将脉冲直流电压信号转换为一个带有锯齿纹波的第五直流电压信号，第一整形滤波电路的上面第一输出端与第二运放的正向输入端相连，将第五直流电压信号传输给第二运放，第一整形滤波电路的下面第二输出端与第二运放的负向输入端相连，第二运放将第五直流电压信号放大后产生第六直流电压信号，第六直流电压信号是一个带有锯齿纹波的直流电压信号，第二运放的输出端与第二整形滤波电路的输入端相连，第二整形滤波电路将第六直流电压信号进行平滑处理，得到一个纹波低的平滑第七直流电压信号，第二整形滤波电路的上面第一输出端A与第三运放的正向输入端相连，将第七直流电压信号传输给第三运放，第二整形滤波电路下面第二输出端与第三运放的负向输入端相连，第三运放将第七直流电压信号处理放大后得到第八直流电压信号，第三运放的输出端作为电路的最终输出，得到最后的平滑直流信号。
其中，所述第二直流电电压大于第三直流偏置电压，则第八直流电压信号大于0，即检波电路有输出信号。
其中，所述所述第二直流电电压小于第三直流偏置电压，则第八直流电压信号等于0，即检波电路无输出信号。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，通过采用高精度偏置电路分压技术和超低压降检波管，配合高精度运放，实现对超低功率门限和高灵敏度检波功能，从而避免了采用检波管直接检波带来的高检波功率和低灵敏度的弊端，可以实现RF系统输出功率的高灵敏度和高精度的监控。
附图说明
图1为本发明的一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路结构示意图。
附图标记示意
1.第一偏置电路 2.第二偏置电路 3.检波电路 4.第一运放 5.第一整形滤波电路 6.第二运放 7.第二整形滤波电路 8.第三运放
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，以使得本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举实例以进一步阐释本发明的实现方式。发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。
请参照图1，本发明提供一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，其包括：第一偏置电路1、第二偏置电路2、检波电路3、第一运放4、第一整形滤波电路5、第二运放6、第二整形滤波电路7、第三运放8。
RFin射频输入端与第一偏置电路1的输入端相连，第一偏置电路1的输出端与检波电路3的输入端相连，检波电路3的输出端与第一运放4的正向输入端相连，第二偏置电路2的输出端与第一运放4的负向输入端相连。第一运放4的输出端与第一整形滤波电路5的输入端相连，第一整形滤波电路5的第一输出端A与第二运放6的正向输入端相连，第一整形滤波电路5的第二输出端B与第二运放6的负向输入相连。第二运放6的输出端与第二整形滤波电路7的输入端相连，第二整形滤波电路7的第一输出端A与第三运放8的正向输入端相连，第二整形滤波电路7的第二输出端B与第三运放8的负向输入端相连，第三运放8的输出端作为电路的最终输出DCout。
工作时，射频脉冲输入信号RFin进入第一偏置电路1，第一偏置电路1将射频脉冲信号叠加到一个第一直流偏置电压V1上，其输出进入检波电路3，检波电路3将带有第一直流偏置电压V1的射频脉冲信号转换为一个第二直流电电压V2，第二直流电电压V2的大小由第一直流偏置电压V1和射频脉冲信号共同决定，检波电路3输出的第二直流电电压V2经过导线传输进入第一运放4的正向输入端。第二偏置电路2产生一个第三直流偏置电压V3，第三直流偏置电压V3经过导线传输进入第一运放4的负向输入端。当第二直流电电压V2大于第三直流偏置电压V3时，利用运放电路的特性，输入的电压信号V2和V3会使第一运放4输出一个脉冲直流电压V4(若V2小于V3，则直流电压V4为一个大小为0V的直流电压)。脉冲直流电压V4进入第一整形滤波电路5，利用第一整形滤波电路5的特性，将脉冲直流电压信号V4转换为一个带有锯齿纹波的第五直流电压信号V5。第五直流电压信号V5通过导线传输进入第二运放6的正向输入端，第一整形滤波电路5的第二输出端B(负参考电压)进入第二运放6的负向输入端，第二运放6将第五直流电压信号V5放大后产生第六直流电压信号V6，第六直流电压信号V6依然是一个带有锯齿纹波的直流电压信号，因此第二整形滤波电路7将第六直流电压信号V6做进一步平滑处理，得到一个纹波很低的平滑第七直流电压信号V7，第七直流电压信号V7传输进入第三运放8的正向输入端，第三运放8将第七直流电压信号V7放大处理后得到第八直流电压信号V8，第八直流电压信号V8输出到DCout端，得到最后的平滑直流信号。
在本实施例中，所有需要供电的电路和芯片均采用+5V，所有器件却为表贴封装并焊接在印制板上。输入的脉冲调制信号RFin的频率为18GHz，重复频率为1MHz(选用这两个参数具有一定的代表性)，功率大小定为-15dBm。最低的检波功率门限(即检波灵敏度)由第一偏置电路1产生的第一直流偏置电压V1和第二偏置电路2产生的第三直流偏置电压V3的差值再加上电路核心器件检波管的导通压降V0共同决定(电压V1小于电压V3)。无信号时，第一运放4的正向输入端的第一直流偏置电压V1小于负向输入电压，第一运放4输出为0V。当有信号RFin时，第一偏置电路1将RFin叠加到第一直流偏置电压V1上，只要信号RFin的幅度值VRF大于检波管压降电压V0，检波管就可以导通实现检波功能，得到检波电压V2≈V1+VRF-V0。此时若第二直流电电压V2小于等于第三直流电电压V3，则第一运放4的输出电压为0，若V2大于V3，则第一运放4的输出电压为+5V(不同的运放输出电压不同，但都与运放的电源电压相近)。第一偏置电路1设置第一直流偏置电压V1为0.41V，第二偏置电路2设置第三直流电电压V3为0.43V，信号RFin功率大小为-15dBm，重复频率为1MHz，正常工作时得到检波电路3输出第二直流电电压V2为0.435V，此时第一运放4输出时一个频率为1MHz的方波信号S，低电平为0V，高电平为5V。整形滤波电路5对方波信号S进行整形滤波得到带有锯齿纹波的第二直流信号S2，第二直流信号S2经过第二运放6后，得到一个纹波稍小的第三信号S3，第三信号S3再经过第二整形滤波电路7后得到一个纹波很小的第四直流信号S4，第四直流信号S4再经过第三运放8整形后得到最后的输出直流信号DCout。第一偏置电路1设置电压V1为0.41V，第二偏置电路2设置第三直流电电压V3为0.43V，信号RFin功率大小为-15.5dBm，重复频率为1MHz，正常工作时得到检波电路3输出第二直流电电压V2为0.428V，此时V2小于V3，整个电路无信号输出，实现了0.5dBm的精度和灵敏度的识别，高于一般系统要求的1∽2dB的精度。
通过该高灵敏度检波电路，合理选用元器件和设计电路参数，可以实现高精度和高灵敏度的系统射频输出功率的监控。
根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，其特征在于，包括：第一偏置电路(1)、第二偏置电路(2)、检波电路(3)、第一运放(4)、第一整形滤波电路(5)、第二运放(6)、第二整形滤波电路(7)、第三运放(8)；所述射频输入端(RFin)与第一偏置电路(1)的输入端相连，第一偏置电路(1)的输出端与检波电路(3)的输入端相连，检波电路(3)的输出端与第一运放(4)的正向输入端相连，第二偏置电路(2)的输出端与第一运放(4)的负向输入端相连；
所述第一运放(4)的输出端与第一整形滤波电路(5)的输入端相连，整形第一滤波电路(5)的第一输出端(A)与第二运放(6)的正向输入端相连，第一整形滤波电路(5)的第二输出端(B)与第二运放(6)的负向输入相连；
所述第二运放(6)的输出端与第二整形滤波电路(7)的输入端相连，第二整形滤波电路(7)的第一输出端(A)与第三运放(8)的正向输入端相连，第二整形滤波电路(7)的第二输出端(B)与第三运放(8)的负向输入端相连，第三运放(8)的输出端作为电路的最终输出(DCout)。
2.根据权利要求1所述的用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，其特征在于，介质板作为电路的元器件的载体，第一偏置电路(1)、第二偏置电路(2)、检波电路(3)、第一运放(4)、第一整形滤波电路(5)、第二运放(6)、第二整形滤波电路(7)、第二运放(8)被布置在介质板上。
3.根据权利要求1所述的用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路，其特征在于，第一偏置电路(1)将射频脉冲信号叠加到第一直流偏置电压(V1)上，检波电路(3)将射频脉冲信号转换为第二直流电电压(V2)，第二直流电电压(V2)的大小由第一直流偏置电压(V1)和射频脉冲信号叠加一起共同决定，检波电路(3)的输出端与第一运放(4)的正向输入端相连，第二偏置电路(2)产生第三直流偏置电压(V3)，其输出端与第一运放(4)的负向输入端相连，输入第二直流电压信号(V2)和第三直流偏置电压(V3)会使第一运放(4)输出一个脉冲直流电压(V4)；
第一运放(4)将脉冲直流电压信号(V4)输入到第一整形滤波电路(5)中，第一整形滤波电路(5)将脉冲直流电压信号(V4)转换为一个带有锯齿纹波的第五直流电压信号(V5)，第一整形滤波电路(5)将第五直流电压信号(V5)传输给第二运放(6)，第二运放(6)将第五直流电压信号(V5)放大后产生第六直流电压信号(V6)，第六直流电压信号(V6)是一个纹波较小的直流电压信号，第二整形滤波电路(7)将第六直流电压信号(V6)进行平滑处理，得到一个平滑的第七直流电压信号(V7)，整形滤波电路(7)将第七直流电压信号(V7)传输给第三运放(8)，第三运放(8)将第七直流电压信号(V7)处理放大后得到第八直流电压信号(V8)，第三运放(8)的输出端作为电路的最终输出(DCout)，得到最后的直流信号。
4.一种用于监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路的检波方法，其特征在于，其包括：
射频脉冲输入信号(RFin)与第一偏置电路(1)的输入端相连，第一偏置电路(1)将射频脉冲信号叠加到第一直流偏置电压(V1)上，其输出端与检波电路(3)的输入相连，检波电路(3)的作用是将射频脉冲信号转换为一个第二直流电电压(V2)，第二直流电电压(V2)的大小由第一直流偏置电压(V1)和射频脉冲信号共同决定，检波电路(3)的输出端与第一运放(4)的正向输入端相连，第二偏置电路(2)产生一个第三直流偏置电压(V3)，其输出端与第一运放(4)的负向输入端相连，输入第二直流电压信号(V2)和第三直流偏置电压(V3)会使第一运放(4)输出一个脉冲直流电压(V4)。
第一运放(4)的输出端与整形滤波电路(5)的输入端相连，将脉冲直流电压信号(V4)输入到第一整形滤波电路(5)中，第一整形滤波电路(5)将脉冲直流电压信号(V4)转换为一个带有锯齿纹波的第五直流电压信号(V5)，第一整形滤波电路(5)的上面第一输出端(A)与第二运放(6)的正向输入端相连，将第五直流电压信号(V5)传输给第二运放(6)，第一整形滤波电路(5)的下面第二输出端(B)与第二运放(6)的负向输入端相连，第二运放(6)将第五直流电压信号(V5)放大后产生第六直流电压信号(V6)，第六直流电压信号(V6)是一个带有锯齿纹波的直流电压信号，第二运放(6)的输出端与第二整形滤波电路(7)的输入端相连，第二整形滤波电路(7)将第六直流电压信号(V6)进行平滑处理，得到一个纹波低的平滑第七直流电压信号(V7)，第二整形滤波电路(7)的上面第一输出端A与第三运放(8)的正向输入端相连，将第七直流电压信号(V7)传输给第三运放(8)，第二整形滤波电路(7)下面第二输出端(B)与第三运放(8)的负向输入端相连，第三运放(8)将第七直流电压信号(V7)处理放大后得到第八直流电压信号(V8)，第三运放(8)的输出端作为电路的最终输出(DCout)，得到最后的平滑直流信号。
5.根据权利要求4所述的监控RF系统输出功率的高灵敏度检波电路的检波方法，其特征在于，所述第二直流电电压(V2)大于第三直流偏置电压(V3)，则第八直流电压信号(V8)大于0，即检波电路有输出信号。
6.根据权利要求4所述的低相位噪声高杂散抑制微波频率源组件的检波方法，其特征在于，所述第二直流电电压(V2)小于第三直流偏置电压(V3)，则第八直流电压信号(V8)等于0，即检波电路无输出信号。
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