새로운 초광대역 RMS 전력검출기 IC를 사용함으로써 마이크로파 설계 엔지니어가 마이크로파주파수로 된 복잡한 변조신호에 대해서 정확한 전력측정을 하고자 할 때 직면하는 많은 문제를 해결할 수 있다. 리니어 테크놀로지(Linear Technology)의 LTC5596 RMS 전력검출기 IC는 다음과 같은 특징을 갖는다.

LTC5596은 RF 입력을 100MHz부터 40GHz까지 50W으로 정확하게 임피던스 매칭을 하고있다. 그림 1은 리턴 손실측정을 보여준다.

▲ 그림 1. 주파수에 따른 입력 리턴 손실

RF 입력의 접지-신호-접지구성(그림 2)은 외부매칭소자를 사용하지 않고서 5밀(mil) 두께 RO3003 또는 유사한 서브스트레이트상에서 접지형 코플레이너 웨이브가이드와 매끄럽게 인터페이스하도록 설계됐다.

▲ 그림 2. LTC5596 핀아웃 및 인터페이스 연결

또한 LTC5596은 넓은 입력주파수 범위에 걸쳐서 응답이 거의 변하지 않는다. 그러므로 각기 다른 주파수로 캘리브레이션 필요성을 최소화한다. 그림 3에서 보듯이, 5.8GHz일 때의 응답을 기준으로해 응답의 주파수 종속성으로 인한 측정 오차가 200MHz부터 30GHz까지 주파수 범위에 걸쳐서 ±1dB 미만이다. 

▲ 그림 3. 5.8GHz를 기준으로 해서 입력 전력 측정 오차로써 나타낸 검출기

응답의 주파수 중속성

특성적으로 RMS(root-mean-square) 전력검출기는 임의파형의 평균 전력을 정확하게 측정하는 데 잘맞는다. 이것은 이 디바이스가 평균 전력을 정의하는 공식(신호의 제곱의 평균에비례)을 정밀하게 구현하기 때문이다. 쇼트키다이오드 검출기나 복조 로그 증폭기같은 다른유형의 전력검출기는 흔히 신호 포락선을 수반하는 조금 다른 공식을 구현한다. 그러므로 이들 검출기의 응답은 입력파형이 변할 때마다 변화한다(평균 전력 레벨은 변하지 않음). 첨단 통신시스템은 복잡하게 변조되고 PAPR이 높은 신호들(OFDM, WCDMA)을 집중으로 사용하며 (무선)링크의 품질에 따라서 변조와 코딩을 적응식으로 조절한다. 그럼으로써 PAPR이 크게 차이가 나는 수 천 가지의 다양한 파형들을 발생시킨다. 이러한 환경에서 RMS 유형이 아닌 다른 전력 검출기를 사용해서 요구되는 전력 측정 정확도(통상적으로 ±1dB)를 달성하기 위해서는, 집중적이며 수고스러운 캘리브레이션을 해야 하고 수신되는 파형에 대해 사전지식이 있어야 한다. LTC5596 RMS 전력 검출기를 사용하면 최대 Ka 대역 주파수에 이르기까지 캘리브레이션을 더 이상 하지 않아도 된다.

많은 애플리케이션에서 RF 신호의 전력 레벨은 통상적으로 dB 스케일로 표기한다(이렇게 하는 이유는, 전송 경로 손실이 대체로 거리에 대해서 dB 가선형적 ‘linear-in-dB’이기 때문이다). LTC5596은 입력포트에서 dBm으로 평균 전력레벨(rms 신호레벨)에 비례하는(DC) 출력 전압을 발생시킨다. 또한 넓은 동작 온도 범위에 걸쳐서 응답이 매우 안정적이므로, 그림 4에서 보듯이 전체적인 동작범위에서 오차가 ±1dB 미만이다.

▲ 그림 4. 30GHz에서 LTC5596의 ‘linear-in-dB’ 응답과 25℃ ‘linearin-

dB’ 전달을 기준으로 한 다양한 온도 범위에서의 오차

-37dBm부터 –2dBm까지 LTC5596의 동적범위 내에서 어느 지점에서든 입력전력의 1dB  변화는 29mV의 출력 전압 변화를 일으킨다. 다이오드타입 검출기나 ‘linear-in-volt(볼트가 선형적인)’ 전력 검출기는 높은 전력수준일 때와 비교해서 낮은 전력수준일 때 1dB 전력스텝에 대해 훨씬 더 작은 출력신호 변화를 일으킨다. 그러므로 전체적인 동적 범위에서 충분히 정확한 전력측정을 달성하기가 무척 까다롭다. 또한 LTC5596은 출력에 ADC를 연결함으로써 전체적인 동적범위에 걸쳐서 일정하고도 높은 분해능으로 측정전력에 대한 디지털 표현을 얻을 수 있다. 

또한 LTC5596은 출력 신호로 간편하게 추가적인 필터링을 사용할 수 있으므로, 잔류 고주파 리플 및 잡음을 감소시키기에 효과적이다. 또한 디바이스 내부출력 드라이버 증폭기 대역폭을 OUT과 FLTR 사이에 연결하는 단일커패시터를 사용해서 손쉽게 낮출 수 있으며 대역폭을 낮추더라도 디바이스의 전류구동능력을 해치지 않는다. 수십 pF의 커패시턴스이면 충분하다. 

이 밖에도 OUT 인터페이스로 필터를 연결하는 방법도 있다. 또한 LTC5596은 구동능력이 높으므로 전력측정 정확도를 떨어트리지 않으면서 넓은 범위의 임피던스 레벨이 가능하다. LTC5596은 장비를 적은 시간 동안에만 작동하는 낮은 듀티사이클 애플리케이션 사용하기 적합하다. 셧다운모드시에는 출력 인터페이스가 고임피던스가 됨으로써 출력필터의 대형커패시터 방전을 최소화하고, 그러므로 디바이스를 다시 작동했을 때 빠르게 안정화할 수 있다.

LTC5596은 소형2x2 DFN-8 패키지로 제공되며, I-grade(-40°C~105°C 케이스온도)와H-grade(-40°C~125°C 케이스온도) 버전으로 제공된다. H-grade 제품은 로그기울기와 교차점 파라미터에 대해 한계가 더 엄격하므로, 출하 전 캘리브레이션을 간소화하거나 또는 아예 하지 않아도 된다. 

Michiel Kouwenhoven, Design Manager, High-Frequency Products

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