1. 产品概述

ADL5504是一款由Analog Devices（ADI）公司开发的宽带功率检波器，支持450 MHz至6000 MHz的射频频率范围，采用TruPwr™技术以实现对射频功率的高精度检测。该器件采用单电源供电、模拟电压输出方式，能将射频输入信号转换为与其功率成正比的直流电压信号。凭借其卓越的线性度、低功耗、宽温度适应性和简便的接口，ADL5504被广泛应用于蜂窝通信、无线局域网、射频识别、雷达系统、军用通信系统、信号测试设备等多个领域。尤其在需要实时、宽频、稳定功率测量的场合中，ADL5504展现出非凡性能。其结构紧凑，封装小巧，便于集成，是下一代射频系统中关键的功率监测元器件之一。

　　产品详情

　　ADL5504是一款TruPwr™均值响应（真均方根）功率检波器，适用于450 MHz至6000 MHz的高频接收机和发射机信号链。它仅需2.5 V至3.3 V单电源便可工作，功耗低于1.8 mA。输入为内部交流耦合，具有500 Ω标称输入阻抗。均方根输出为线性响应直流电压，900 MHz时的转换增益为1.87 V/V均方根值。

　　ADL5504易于使用，可以高度精确地确定复杂波形的均方根值。它可以用于简单和复杂波形的功率测量，特别适合测量高波峰因素（高峰值-均方根比）信号，如W-CDMA、CDMA2000、WiMAX、WLAN和LTE波形等。

　　片内调制滤波器可以满足大多数波形的求平均值需要。对于更复杂的波形，可以利用FLTR引脚上的外部电容进行补充信号解调。输出端的100 Ω片内串联电阻与外部分流电容配合，可提供低通滤波器响应，进而减少直流输出电压中的残留纹波。

　　ADL5504在30 dB范围内具有出色的温度稳定性；在整个温度范围及动态范围的上段，测量误差接近于0 dB。除温度稳定性外，ADL5504还具有出色的工艺稳定性，从而进一步降低了校准复杂度。

　　这款功率检波器的工作温度范围为−40°C至+85°C，提供6引脚、0.8 mm × 1.2 mm晶圆级芯片规模封装(WLCSP)，采用高fT硅BiCMOS工艺制造。

　　应用

　　基于W-CDMA、CDMA2000、QPSK/QAM的OFDM（LTE和WiMAX）波形及其它复杂调制波形的功率测量

　　RF 发射机或接收机功率测量

　　特性

　　真均方根响应检波器

　　出色的温度稳定性

　　均方根检波精度：±0.25 dB（整个温度范围内）

　　输入功率动态范围超过35 dB，包含波峰因素在内

　　RF带宽：450 MHz至6000 MHz

　　500 Ω 输入阻抗

　　单电源供电：2.5 V至3.3 V

　　低功耗：1.8 mA（3.0 V电源）

　　符合RoHS标准

2. 主要性能参数

ADL5504的性能指标在业内具有较高水准，是一款集高线性、高稳定、高动态响应能力于一体的精密功率检测器件。其主要性能参数如下：

• 工作频率范围：450 MHz至6000 MHz，涵盖了从低频ISM频段、UHF/VHF、2G/3G/4G通信频段，一直到5G Sub-6 GHz及部分C波段、雷达和卫星通信频段；

• 检测范围（动态范围）：-30 dBm至+7 dBm，宽动态检测能力满足多场景需求；

• 输出电压范围：典型0.2 V至1.5 V，线性对应输入功率；

• 检测误差（线性度）：±0.5 dB以内，保证高准确度输出；

• 工作温度范围：-40 ℃至+85 ℃，适用于严苛工业环境；

• 电源电压：+3.0 V至+5.5 V，具备电源宽容性，适配3.3 V或5 V系统供电；

• 功耗（供电电流）：典型值为10 mA，最大值为15 mA，功耗较低；

• 上升时间和响应速度：亚微秒级响应能力，使其在高速信号变化时仍保持良好跟踪能力。

这些性能参数使ADL5504在高速通信设备、便携式测试仪、射频模块等需要宽频段、低延迟、精确检测的场景下广泛应用。

3. 工作原理详解

ADL5504的工作机制基于精密检波和温度补偿校准电路。其核心电路结构可划分为以下几个主要模块：

• 射频输入匹配网络：将外部输入射频信号引导至内部检波电路，并进行阻抗匹配处理以确保功率传输最大化；

• 检波核心：内部嵌有一组工作在线性区的二极管阵列，采用改进的整流技术，将射频输入转换为电压信号。该结构不同于传统二极管检波器，它采用专利结构以提升低功率检测灵敏度和一致性；

• 输出滤波与线性放大：为了提供与功率成比例的线性电压输出，检波信号经低通滤波器处理以去除高频成分，并通过一组高线性放大器输出至V_OUT引脚；

• 温度补偿模块：射频检波电路对温度极为敏感，ADI在ADL5504中集成了温度传感和补偿算法，以动态校正温度对二极管导通电压与线性响应的影响。

整个信号链路自输入到输出保持高线性、高带宽特性，为系统带来准确、实时、稳定的功率信息。

4. 输出特性与系统接口设计

ADL5504输出为模拟电压信号，其幅值与输入射频信号功率之间呈近似线性关系。输出电压通常被接入微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）的模数转换器（ADC）进行采样，再由软件计算出实际功率。

以下是输出电压与功率的大致关系示意：

• 在3.0 V供电时，输入为-30 dBm时，输出电压约为0.2 V；

• 输入功率为0 dBm时，输出电压约为0.9 V；

• 输入为+7 dBm时，输出电压约为1.5 V。

此曲线略呈S形，实际系统中可采用二阶或三阶拟合、多点校准来补偿非线性误差。

接口设计建议如下：

• 输出端接高阻ADC输入，避免加载输出；

• 在输出脚加装1 kΩ串联电阻和100 nF对地滤波电容，抑制瞬态信号；

• 为提升系统精度，可将输出电压通过精密运放进一步缓冲。

5. 校准机制与精度优化

尽管ADL5504具有优良的出厂标定，但在高精度场合仍建议进行系统级校准以获得更高准确性。常见校准方式包括：

• 单点校准：在特定频率下输入已知功率信号，测量输出电压，拟合灵敏度系数；

• 多点校准：输入不同功率等级的信号，记录多个输出点，用于线性拟合或多项式拟合；

• 温度漂移修正：通过实验测量输出在不同温度下的变化，可建立补偿表格或函数，用于运行时软件补偿。

ADI提供详尽的数据手册和应用笔记，其中包含频率与温度修正系数表格，可作为用户设计参考。

6. 射频接口与外部匹配网络设计

ADL5504的RF输入脚预设为50 Ω匹配结构，适用于直接与天线、射频放大器、混频器等模块相连。在实际设计中，为了进一步优化输入匹配和信号完整性，建议在射频路径中加入以下元件：

• DC阻断电容：防止直流分量进入内部检波电路，典型值为1 pF至10 pF，要求高频特性良好；

• ESD防护二极管：位于信号线与地之间，提升抗静电能力，防止热插拔或浪涌损伤器件；

• π型低通滤波器：可有效抑制高次谐波，提高信噪比；

• 功率衰减器：在高功率信号场合使用，以防输入功率超过+7 dBm的最大额定值。

为实现最佳匹配，应使用射频仿真工具（如Keysight ADS或Ansys HFSS）对输入网络进行建模仿真，调整微带线宽度、过孔布局和去耦网络，确保设计的稳定性和一致性。

7. 温度特性及补偿算法分析

ADL5504应用的TruPwr™技术内建精密温度感知与自动漂移补偿机制，可在-40 ℃至+85 ℃范围内维持检测线性度优于±0.5 dB。该机制包括：

• 实时监测芯片温度变化，通过偏置电路自动调整检波器偏置电流与增益放大器工作点；

• 温度补偿曲线存储于内部固定电路中，无需用户干预；

• 极限温度（如极寒或高热）下，仍可维持输出漂移在±0.2 dB以内。

此外，对于特别关注温漂影响的高端通信设备，用户可使用热电偶或温度传感器监测系统温度，通过查表或曲线回归进一步精确校准ADL5504输出响应。

8. 典型应用电路分析

在实际使用中，ADL5504常与射频功率放大器、混频器、天线阵列等模块配合使用，用于实时监测功率输出，实施功率控制或保护机制。以下是一种常见的典型应用电路结构：

• 输入端串联DC隔离电容（2.2 pF）及匹配电阻；

• RF输入接至耦合器输出或功率放大器输出，通过π型匹配电路进入ADL5504；

• 输出端VOUT接入一个低通滤波器（如1 kΩ + 100 nF RC网络）连接至ADC输入端；

• 电源通过低噪声LDO稳压器供电（如3.3 V LDO），并在芯片VPOS脚附近设置多个去耦电容（0.1 µF + 10 µF）。

典型应用电路设计

为了帮助工程师更好地将ADL5504集成至各类射频系统中，ADI官方提供了多种典型应用电路图。以下将详细介绍两种常见应用场景的电路设计，并分析其特点与关键点。

8.1 基本功率检测电路

下图为ADL5504最简应用配置：

• C1：耦合电容，一般为1~2.2 pF，选用高Q值、低ESR的射频级电容，阻断DC成分；

• D1：ESD保护器件，可选择低电容TVS二极管，如PESD系列；

• R1与C2：构成RC滤波网络，典型为1 kΩ与100 nF，抑制输出信号纹波，稳定VOUT；

• VOUT接至MCU：建议采用12位及以上ADC进行采样以提高分辨率。

该电路适用于需要简单功率检测和低成本集成的场合，如便携式测试设备、小型通信模块。

8.2 高稳定性精密测量电路

为满足更高精度与抗干扰需求，可在输出端加入运算放大器缓冲及温度补偿设计：

• 使用低漂移、低偏置运放（如AD8605）对输出信号进行缓冲；

• 运放输出接至高精度ADC（如ADS1115）；

• 可引入NTC温度传感器用于对ADL5504的温漂做二次补偿；

• 使用LDO电源芯片为ADL5504提供稳定、低噪声电源（如ADP150）；

此类电路常见于射频功率校准仪表、精密通信前端或实验室级测试系统。

9. 电磁兼容性设计建议

在射频系统中，EMI/EMC设计尤为重要。以下为确保ADL5504可靠运行的抗干扰设计建议：

• 供电路径滤波：在VDD处使用π型滤波（串联电感+对地电容）抑制高频纹波；

• 地平面完整性：采用多层PCB设计，确保ADL5504与射频输入网络有连续接地层；

• 最小化回流路径：高频路径尽量短直，避免形成天线结构；

• 屏蔽处理：对高功率信号通路、关键检测节点加金属罩屏蔽；

• 信号完整性仿真：使用HFSS等工具分析高速路径的阻抗连续性与耦合情况。

10. 与其他功率检测器对比

ADL5504作为ADI家族中广受欢迎的射频功率检测器，与市面上其他主流型号（如ADL5511、HMC613、LT5534等）相比具有明显优势。

可以看出，ADL5504在频率支持、封装紧凑性、线性度、响应速度方面都有很强的平衡性，尤其适合对功率响应速度和线性度要求较高的5G、WLAN和雷达系统。

11. 实际应用案例分析

11.1 5G通信前端模块中的应用

在5G基站或用户终端设备中，ADL5504被广泛用于：

• PA（功率放大器）输出功率监控：监控功率输出是否过低或过高；

• AGC（自动增益控制）回馈通道：将功率检测值反馈至控制器，动态调整增益；

• 闭环功率控制：基于ADL5504检测值自动校正输出功率，避免对邻道干扰。

11.2 便携射频测试设备

很多手持功率计如Keysight、Rohde & Schwarz等公司产品也使用类似ADL5504的器件：

• 使用多频点标定表建立射频功率与输出电压的映射；

• 提供通过USB或蓝牙输出实时检测结果至终端；

• 实现快速检测、低功耗工作、宽温度环境适应。

11.3 雷达和无人机系统

在毫米波或UHF波段的雷达系统中，ADL5504用于：

• 检测回波信号强度变化；

• 辅助目标识别（根据回波功率变化识别目标特征）；

• 飞控系统中动态监测天线功率输出是否正常。