基于AD8362的射频功率计设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍了AD公司生产的真有效值功率检测器AD8362的性能和基本原理,给出了由单片机PIC16C71控制的基于AD8362的射频小功率计的设计思想,同时给出了一个射频小功率计的实现电路。 关键词:AD8362;射频;功率测量;真有效值;检波器 1 概述 功率是表征射频信号特性的一个重要参数,随着移动通信技术的发展,对射频信号功率的精确测量已成为无线通信测量中的重要一环。射频功率计通常由功率传感器(或称功率探头)和功率指示器两部分组成,根据功率计测量电路的连接方式,功率计可分为吸收式(又称终端式)和通过式两种,吸收式功率计以功率探头作为被测系统的终端负载。它吸收全部待测功率,并由指示器显示测得的功率值。本文介绍一种基于AD8362芯片的吸收式小功率计的设计方法。该设计利用AD公司的真有效值功率检测器AD8362制作功率探头,因此,电路简单,一致性好。该功率计的工作频率为20kHz~250MHz,功率测量范围为-48dBm~+12dBm。 2 AD8362的原理及性能 2.1 性能参数 AD8362是美国AD公司生产的真有效值功率检测器,工作频率高达3GHz,它采用双平方电路比较转换技术和激光修整技术,因而测量线性度较高,其测量结果基本上与信号波形无关。尤其是在大峰值因数时,能够胜任GSM、CDMA和W-CDMA等复杂信号对测量精度的要求,可广泛用于对信号功率需要准确测量的高频通信和仪器仪表系统中。 AD8362采用16脚TSSOP封装,可在-40℃~+85℃的温度范围内工作。其特点如下: ●可进行真有效值功率测量; ●具有以dB为单位的线性响应,而且具有优良的温度稳定性; ●输入动态范围达60dB,对于50Ω阻抗的系统而言,其信号输入可从-45dBm~+15dBm; ●具有从低频到2.7GHz的平坦输入/输出响应; ●精度、线性度高,典型线性斜率为50mV/dB; ●单电源工作,范围为+4.5V~+5.5V; ●电源休眠power down功能可降低功耗,休眠时功耗小于100μW。 AD8362的极限参数如下: ●电源电压:+5.5V; ●内部功耗:500μW; ●工作温度范围:-40~+85℃; ●存储温度范围:-65~+150℃; ●焊接温度(焊接时间≤60s):300℃。 2.2 引脚功能 AD8362的引脚排列见图1。各引脚功能如下: ●COMM:公共接地端; ●CHPF:高通滤波器输入端,该脚与地这间的电容大小决定着输入高通滤波器的3dB频率; ●INHI:信号差分输入端口的“+”端; ●INLO:信号差分输入端口的“-”端; ●DECL:“INHI”和“INLO”的去耦端,应通过一个大电容连接到地,以构成完整的输入电路; ●PWDN:休眠控制端,高电平时器件关断; ●CLPF:环路滤波器积分电容连接端; ●ACOM:输出放大器的公共接地端; ●VSET:设置电压输入端,使RF的输入功率与输出的dB数相对应; ●VOUT:误差放大器电压输出,在测量方式时,通常直接与“VSET”端相连; ●VPOS:+5V电源输入端; ●VTGT:基准电压端,该脚的电压将影响对数截止点的位置; ●VREF:1.25V通用参考电压输出,可直接提供给“VTGT”。 3 基本工作原理 AD8362是一种真有效值响应的功率检测器,其测量结果与信号波形无关,从而为复杂调制信号的射频功率测量提供了一种有效的方法。AD8362的内部电路框图如图2所示。 输入的RF信号首先被送入一个可变的梯形电阻衰减器进行衰减,该衰减器每隔5dB有一个抽头,共有12个抽头,它采用一种平滑的内插专利技术,使衰减值可以连续准确变化,衰减值的设定由“VSET”脚的电压控制。衰减后的信号送到一个高性能的宽带放大器进行放大,再由一个宽带的平方律检波器检波,检波输出的脉动信号经滤波后与另一个平方电路的输出进行比较。这个平方电路的输入由“VTGT”脚提供,它是一个固定的直流电压,通常在片外与可提供准确1.25V参考电压的VREF脚相连。两个平方电路的输出信号差分输入到高增益误差放大器后,将从“VOUT”脚输出一个电压信号,该电压值可随输入RF信号的功率而变,最高可以达到(Vs-0.1)V。 AD8362可以设置成功率测量和控制器两种工作方式。用功率测量方式时,“VOUT”与“VSET”脚直接相连,此时输出电压与输入功率有效值的对数成正比,因而读数可以直接用dB表示。在控制器方式时,对RF 信号功率的实际取样电压值将从“VSET”脚输入,可用来改变主系统放大器的增益,以使之保持在一个设置的水平上。 AD8362的“PWDN”脚在逻辑高电压信号控制时可进入休眠状态,此时,消耗电流将减少到2μA以下。芯片被低电平“唤醒”可在1μs内完成。AD8362的正常工作电流在+25℃条件下为18mA。 图3 射频功率计电路 4 实用功率计设计 根据实际需要,笔者以AD8362为中心设计了一个简单实用的吸收式射频小功率计,图3是其电路连接图。该功率计输入端采用HP公司的肖特基势垒二极管HSMS-8101作过载保护,AD8362的信号输入端设计成双端差分输入模式,并用Mini-Cir-cuits公司的射频变压器T4-6T进行耦合,T4-6T的传输比为12,这样,既便于阻抗匹配,又可以使AD8362输入端的信号功率提高3dB。 该功率计的显示驱动电路由单片机PIC16C71及其外围电路组成,可驱动4只共阴极的LED数码管,以指示被测信号功率的dB数值(最高位显示符号在低于0dBm时显示负号,大于等于0dBm时不显示)。PIC16C71是Microchip公司出品的8位低价微控制器,片内有A、B两个8位双向I/O口,其中A口的低4位可作为4个通道A/D转换器的输入口。设计中,笔者用PIC16C71的RA0作为A/D输入端以采样AD8362的“VOUT”输出电压。该单片机的工作时钟为4MHz,A/D转换的时钟源采用片内RC振荡器,基准为芯片的+5V电源电压。由于PIC16C71单片机I/O口的单端驱动电流最大为25mA,而一位数码管的8只LED同时发光的最大“位”电流约需48mA,所以应将RA4~RA7进行扩展。可由4只三极管来完成LED的“位”驱动。而LED的7段显示、小数点的显示则可以直接由B口的RB0~RB7完成。 显示采用动态扫描方式进行每20ms扫描一次,每个数码管轮流显示5ms。这样,由于人眼的“视觉暂留”效应,显示效果还是比较稳定的。 本射频功率计由于受耦合变压器T4-6T的频率限制,整机工作频率范围为20kHz~250MHz,功率测量范围为-48dBm~+12dBm,精度可达0.1dB。如果换用其它更合适的耦合变压器型号,则可以工作到更宽的频率范围,最高时可达2.7GHz。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/rfandwireless/200703/11857.html
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