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ADI 亚德诺半导体

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“物美价廉”的RMS功率计,了解一下

2019-04-17
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RMS响应式RF功率计被广泛用于测试和测量应用,用于精确测量具有不同波峰因素的信号的RF功率。这些价格高昂的连接设备的精度非常高,依赖于广泛的特性测定和校准;但要保持这种精度,就无法兼顾成本和尺寸。


具 35dB 动态范围的 100MHz 至 40GHz 对数线性 RMS 功率检波器 LTC5596 是一款功率在100 MHz 到40 GHz之间的rms响应式集成电路,成本更低,尺寸更小,检测范围在35 dB或以上,可用于制造手持式宽带功率计,或者作为嵌入式功率计装入电路中。


LTC5596采用可控的线性dB传递函数,具备出色的频率平坦度,易于校准 - 如单个中频两点校准一般基础的校准,在150 MHz至 30 GHz频率范围内,测量精度为±1 dB。LTC5596具备低功耗(仅 100 mW)和集成特性,因此能够用在电路和手持式电源监控解决方案中。


图1中电源供电的示例可以说明这整套方案相当简单,其中,宽带RF功率计可使用已有的LTC5596演示电路(DC2158A)、 I2C LCD 显示器,以及运行短小的固件程序的DC2026C Linduino 板构建。

图1. 完整的宽带RF功率计。



    

电路装配


图2显示了装配方案。Linduino板的模拟IN电池中包含多个ADC输入,这里采用A0来作为示例介绍LTC5596检波器的输出。该显示器采用I 2 C接口,简化了与Linduino板之间的连接。整个电路通过Linduino板的辅助端口供电,包括LTC5596板和连接器。

图2. 连接图。


   

固件


所需的所有固件都在Linduino板上运行。固件的主要功能是将测量到的模拟输入(V)转换为RF功率(dBm),并在LCD显示器上显示。为了做到这一点,我们建议用两点校准法,在LTC5596的线性传递函数上找到斜率和截点——以线性形式表示的VOUT和RF 功率:


         


其中,x表示输入功率(dBm),y表示LTC5596的输出电压(VOUT),与ADC数字码成正比,m表示斜率,b表示x截点(VOUT达到0)。固件依据测量所得的y来计算x,b和m的值则来自于校准。对多个读数取平均值可以帮助最小化噪声带来的影响。


Linduino的板载ADC为10位分辨率,与约4.9 mV的LSB尺寸对应。LTC5596的典型斜率为28.5 mV/dB,因此测量分辨率约为0.2 dB。附录显示的固件代码示例在5.8 GHz下使用,用于显示输入功率 (dBm)。

   

校准


虽然LTC5596采用了线性dB传递函数。但器件间差异会导致出现多个传递函数斜率和轴截点。由于传递函数是线性的,所以校准很简单,只需采用两点校准(如果需要,则采用多点校准)就可以确保准确性。


图3显示了针对一个典型的传递曲线的两点校准,该曲线是 5.8 GHz时LTC5596的曲线。这两点被用于求取斜率和x截点。

图3. LTC5596 VOUT与输入功率。选择的两个校准点应可以代表应用的工作 范围。


本例中,

这些斜率和截点值都被用于附录所示的数字码中。


   

线性误差


在数据手册中,对数截点是指图中的x截点。线性误差是指理想直线与检波器实际测量的功率之间的差异。可用的检测范围一般是指线性误差小于1 dB的范围。因此,可以利用图4所示的x截点和斜率来计算误差,这显示的是采用两点校准时,系统能够达到的典型设备的线性误差。


图4. 校准之后,LTC5596的误差与输入功率。线性动态范围约为–40 dBm 至+3 dBm。

   

结论


LTC5596体积小、极为简单,且所需的功耗低,在100 MHz至 40 GHz范围内,可以实现精准的RF功率测量。它让完整的解决方案具备小巧、高效和精准的特点,足以满足手持便携式 RF 功率计的需求,甚至可以放入电路之内,作为嵌入式RF功率计。


由于LTC5596具备出色的线性dB宽带传递函数,固件开销达到最低。两点校准可在单个中频带频率下进行,具有不错的准确度;也可以在多频率下进行,以提高准确度。


更重要的是,无论采用何种调制方式,LTC5596 rms检波器都能够准确测量功率。即使是简单的两点校准,结果也相当准确——不考虑调制波形的情况下,误差小于0.3 dB。与之相反,其他价格高昂的商业设备则需要密集校准和特性测定。


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