干货｜为什么RF检波器中的二极管不可替代？

二极管因为具有整流特性而用来产生直流电压，并且只要存在二极管，其所产生的直流电压便与交流和RF信号电平成比例。

今天为大家分享的内容把基于二极管的RF和微波产品与集成电路替代产品相对比。

基于二极管的分立式RF检波器

图1显示的是一个广泛使用的、基于二极管的RF检波电路原理图。可以把它看成一个带有输出滤波的简易半波整流器。输入信号的正半周期正向偏置肖特基二极管，进而对电容充电。在负半周期时，二极管反向偏置，导致电容上的电压处于保持状态，产生与输入信号成比例的直流输出。为了在输入信号下降或关断时让此电压下降，采用电阻与电容的并联组合来提供放电路径。

图1. 基于二极管的肖特基RF检波器

图2显示了此电路的传递函数。输入功率以dB为单位调整，输出电压以对数垂直刻度表示。观察25°C传递函数，发现曲线上有两个不同的工作区间。称为线性区间的区域为输入范围的顶端 (约15 dBm) 到大约0 dBm。术语“线性区间”是由于该区域内的输出电压与输入电压大致成比例而得名。

图2. 基于二极管的肖特基RF检波器传递函数

0 dBm以下是所谓的平方律区域。在此区域内，输出电压大致与输入电压的平方成比例。这导致曲线的斜率较高。

图2还显示了–40°C和+85°C温度下的电路输出电压与输入功率传递函数的关系。它表明0 dBm以下的功率电平偏差较大。这使得器件在温度变化稍大的应用中变得不稳定。

有一些技术可在某种程度上缓解温度漂移。这些技术包括引入第二个参考二极管作为电路的一部分，或者作为独立电路，具有独立的输出。参考二极管的温度漂移与主二极管匹配。通过减法处理（模拟域或数字域，具体根据电路结构决定），可在一定程度上消除漂移。

图3显示了ADL6010——一款基于二极管的集成式肖特基检波器，具有大量的创新特性——在25 GHz时的传递函数。作为信号处理的一部分，输入信号通过一个仅在信号低于特定功率电平时才执行平方根操作的电路。跃迁点故意设置为等于二极管从平方律区间跃迁至线性区间的功率电平。因此，二极管的平方律效应得以消除，而两个区间的传递函数也不如图1那么明显了。

图3. 25 GHz时集成式肖特基二极管检波器的输出电压与输入功率和线性度误差的关系

图3还显示了从–55°C到+125°C范围内各种温度的传递函数曲线。另外，还标出了传递函数随温度发生的变化。将25°C传递函数的线性回归作为基准，以dB为单位标出每一温度下的误差。由于集成式温度补偿电路和平方律消除电路的作用，可以看到在输入的绝大部分范围内，线性度和温度漂移产生的误差大约为±0.5 dB。

ADC接口

虽然有时候会在模拟电源控制环路中使用RF和微波检波器，但更普遍的是构建一个数字电源控制环路，如图4所示。在这些应用中，功率检波器的输出采用模数转换器进行数字化处理。在数字域中，使用来自ADC的码来计算功率电平。一旦获得了功率电平，系统就会作出响应，按需调节传输功率。

图4. 典型的数控RF功率控制环路

虽然此环路的响应时间只在较少程度上依赖于检波器响应时间，但 ADC 采样速率和功率控制算法速度的影响会大得多。

环路测量以及精确设置RF功率电平的能力受一系列因素影响，包括RF检波器的传递函数和ADC分辨率。为了更好地理解这一点，让我们进一步看看检波器的响应。图5将基于二极管的检波器ADL6010在20 GHz时的响应与微波对数放大器HMC1094进行对比。对数放大器具有线性dB的传递函数，其输入功率的1 dB变化始终导致输出端具有相同的电压变化(大约–50 dBm至0 dBm的线性输入范围)。相比之下，在横轴采用dB刻度以及线性纵轴用于输出电压的情况下，诸如ADL6010等基于二极管的检波器具有指数形式的传递函数。

图5. 线性dB对比

由于模数转换器的传递函数单位为位/电压，这意味着以dB/位表示的系统分辨率会随着输入功率的下降而不断下降。图5中的曲线还显示了位/dB分辨率，可由ADL6010以5 V满量程电压驱动一个12位ADC实现(为了方便查看，该曲线以对数副轴标记刻度)。在器件功率范围的低端约–25 dBm处，递增斜率约为每dB2位，从而使分辨率约为0.5 dB/位。这表示一个12位ADC足以在满量程范围内精确解析ADL6010输出。

随着RF输入功率的增加，以位/dB为单位的递增斜率将在15 dBm的最大输入功率下稳步上升至大约300位/dB的最大值。这对于RF功率控制应用而言是有价值的；当系统达到最大功率时，这类应用的精度性能至关重要。RF检波器用来测量和控制高功率放大器(HPA)是一个非常典型的应用场景。在那些经常需要控制功率以防HPA过热的应用中，以最大功率进行高分辨率功率测量具有极大的价值。

相比之下，图5中的HMC1094对数放大器传递函数还显示出它在线性工作范围内的斜率不变。这意味着若要实现远低于1 dB的分辨率，则使用较低分辨率的ADC (10位甚至8位)就足够了。

在图6显示的应用电路中，ADL6010与AD7091对接，后者是一个12位精密ADC，采样速率最高为1 MSPS。该ADC内置2.5 V基准电压源，可设置满量程输入电压。由于ADL6010检波器可达到的最大电压约为4.25 V，使用一个简单的电阻分压器便可将该电压向下调节，从而使其永不超过2.5 V。这种调节可以在没有运算放大器缓冲器的情况下完成部署。输入功率范围下限处可以实现的dB/位分辨率与上文示例类似(即大约0.5 dB/位)。

图6. 集成式微波功率检波器与精密ADC接口

结 论

与分立式部署相比，集成式RF和微波检波器具有众多优势——

对焦+防抖 佳能R系统的看家本领

从单反时代开始，佳能相机和镜头就凭借着出色的对焦和防抖性能，被摄影爱好者津津乐道。进入到微单时代以后，佳能R系列专微相机开始搭载第二代全像素双核 CMOS AF系统，对焦系统除了速度快精度高以外，还更加的智能。而配置了机身防抖的佳能EOS R系列专微，还能够与RF防抖镜头协同工作，提供超越极限的防抖性能。今天我们就带大家了解一下，佳能R系统的对焦和防抖，这可是他们的看家本领。

二代全像素双核CMOS AF对焦系统，让对焦更快、更准更智能。

目前佳能的全画幅专微相机EOS R5和R6都配置了第二代全像素双核CMOS AF对焦技术。这项技术通过图像感应器相差检测自动对焦可实现高速对焦。“相差检测自动对焦”是以从2个位置获取的信号为基准进行测距的对焦方式。由于需要检测2个被摄体成像（相位）的间隔（差），因此被称为“相差检测自动对焦”。 第二代全像素双核CMOS AF为图像传感器上的每个像素都配置了2个光电二极管，并由此获得2个信号（A像和B像）。通过比较A像和B像的视差信号计算出镜头的驱动量和驱动方向。

第二代全像素双核CMOS AF技术示意图

在面部+追踪模式下，对焦覆盖范围覆盖至画面约100%的区域。 对焦位置自动选择时的自动对焦框最多1053个，可实现稳定的被摄体追踪。

除人物眼部、头部检测对焦外，第二代全像素双核CMOS AF还能够对鸟、猫、狗这三类动物的身体、面部以及眼部进行检测，可实现高精度的被摄体追踪，且不易受动物在画面中大小以及朝向等的影响，为轻松拍摄无法把握运动规律的小动物提供了便捷的支持。

人物眼部检测对焦演示动画

焦距：85mm、光圈：F2、快门速度：1/640秒、感光度：ISO 100

器材：佳能EOS R5、RF85mm F2 MACRO IS STM

拍摄人像照片时，用户只需要关注人物动作表情、构图和光线就可以了，对焦的事情就交给佳能专微相机吧。

鸟眼检测对焦演示动画

焦距：451mm、光圈：F6.3、快门速度：1/250秒、感光度：ISO 6400

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

即使是小型鸟类也可以轻松实现眼部检测对焦功能

通过固件升级，EOS R5、R6还新增了这车辆自动对焦检测功能，可识别出运动中的两轮、四轮车，以及驾驶选手的头盔。

车辆检测对焦演示动画

焦距：186mm、光圈：F5、快门速度：1/1000秒、感光度：ISO 100

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

搭载了第二代全像素双核CMOS AF技术的佳能EOS R5和R6在低至-6EV亮度，人眼已经无法有效看清的昏暗环境下，也可以进行高精度的对焦。同时高精度的EVF和液晶屏也可以有效观察拍摄情况。

暗光环境下拍摄的原始图片

焦距：56mm、光圈：F2.8、快门速度：1/4秒、感光度：ISO 1600

器材：佳能EOS R6、RF24-70mm F2.8 L IS USM

调整后的暗光拍摄照片

上面这张图是在户外夜景情况下拍摄的，玩具人偶完全处于黑暗中，人眼已经看不清楚了。EOS R5却可以轻松对焦于主体，而且凭借着R5出色的宽容度表现，RAW格式照片导入到Camera RAW后期软件中进行调整，就可以获得一张曝光准确的夜景照片了。

佳能EOS R5和R6拥有强大的连拍性能最快高达20张/秒，可以轻松定格高速运动中的被拍摄对象。而第二代全像素双核CMOS AF系统，则可以进行高速追焦，让每一帧画面都清晰明锐。

高速连拍飞行中鸟

我们对飞行中的夜鹭进行高速连拍，得益于强大的对焦系统，从夜鹭进入画面后焦点就始终锁定在鸟眼部位，我们只需要按住快门不放并跟随鸟类的飞行轨迹移动就可以了。即使后来背景变得复杂了，对焦系统也没有受到干扰，每一帧画面都精确对焦于夜鹭的眼部。

焦距：300mm、光圈：F5.6、快门速度：1/1000秒、感光度：ISO 400

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

每一帧画面都精确对焦于鸟类眼部

焦距：500mm、光圈：F7.1、快门速度：1/1600秒、感光度：ISO 400

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

焦距：500mm、光圈：F7.1、快门速度：1/2500秒、感光度：ISO 400

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

凭借着高速对焦系统和20张/秒的高速连拍，过去普通摄影爱好者难以企及的“打鸟”题材，现在也可以轻松拍摄。

8档防抖拓宽拍摄边界

佳能EOS R5、R6搭载机身防抖机构，传感器实时位移来抵消抖动对于成像的影响。高性能DIGIC X影像处理器对机身内置的陀螺仪传感器信号进行快速处理 ，让传感器位移更迅速、精准。在搭配具有光学防抖的RF镜头时，机身防抖可与镜头光学防抖联动进行强化补偿，提供最高8级的手抖动补偿效果。

一般来说，图像感应器的位移防抖对广角端具有较好的手抖补偿效果，而镜头内光学式防抖对长焦端具有更好的补偿效果。佳能专微相机则结合了机身防抖与镜头光学防抖的优势，能够在不同焦距下都有很好的抖动补偿效果。

佳能EOS R5和R6具备机身防抖功能

RF镜头上的防抖模式开关和模式切换拨杆

下面我们来看一下实际防抖效果如何吧。

焦距：46mm、光圈：F2.8、快门速度：1/5秒、感光度：ISO 800

器材：佳能EOS R6、RF24-70mm F2.8 L IS USM

照片局部100%放大

上面这张照片是使用佳能EOS R5搭配RF24-70mm F2.8 L IS USM镜头拍摄的夜晚街边小景，拍摄环境非常昏暗。焦距46mm、快门速度1/5秒，将照片局部100%放大后，可以看到细节是非常清晰的没有抖动模糊现象。

焦距：70mm、光圈：F2.8、快门速度：1/15秒、感光度：ISO 100

器材：佳能EOS R6、RF24-70mm F2.8 L IS USM

最高8档的防抖效果，赋予了摄影爱好者夜景街拍不带三脚架的自由。只要相机握持姿势正确带来足够的稳定性，在配合机身防抖和镜头防抖，就可以获得慢速快门下清晰明锐的夜景影像。

焦距：52mm、光圈：F2.8、快门速度：1/15秒、感光度：ISO 100

器材：佳能EOS R6、RF24-70mm F2.8 L IS USM

8档防抖除了可以提供出色的夜景拍摄能力以外，在使用长焦镜头拍摄鸟类、运动等题材时，也可以不借助三脚架在远低于安全快门的情况下，获得稳定清晰的手持拍摄照片。

焦距：300mm、光圈：F5.6、快门速度：1/60秒、感光度：ISO 800

器材：佳能EOS R5、RF100-500mm F4.5-7.1 L IS USM

上面这张照片是在动物园鹦鹉馆拍摄的，室内光线非常的昏暗，笔者使用RF100-500mm镜头的300mm焦段手持拍摄，快门速度为1/60秒，虽然明显低于安全快门速度，但是凭借着8档防抖依然获得了清晰稳定的照片，鹦鹉的羽毛纤毫毕现。

结语

高速、精准且智能化的对焦系统可以极大的提升拍摄成功率，并且可以让普通用户也能享受到像生态、运动等高阶摄影题材的乐趣。而优秀的防抖性能则可以让我们摆脱三脚架的桎梏，享受到更自由的拍摄体验，弱光环境下手持也可以获得清晰明锐的照片。对焦和防抖也是佳能EOS R5、R6的看家本领。

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