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基于AD8362的射頻功率計(jì)設(shè)計(jì)
摘要:介紹了AD公司生產(chǎn)的真有效值功率檢測(cè)器AD8362的性能和基本原理,給出了由單片機(jī)PIC16C71控制的基于AD8362的射頻小功率計(jì)的設(shè)計(jì)思想,同時(shí)給出了一個(gè)射頻小功率計(jì)的實(shí)現(xiàn)電路。
關(guān)鍵詞:AD8362;射頻;功率測(cè)量;真有效值;檢波器
1概述
功率是表征射頻信號(hào)特性的一個(gè)重要參數(shù),隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,對(duì)射頻信號(hào)功率的精確測(cè)量已成為無(wú)線通信測(cè)量中的重要一環(huán)。射頻功率計(jì)通常由功率傳感器和功率指示器兩部分組成,根據(jù)功率計(jì)測(cè)量電路的連接方式,功率計(jì)可分為吸收式和通過(guò)式兩種,吸收式功率計(jì)以功率探頭作為被測(cè)系統(tǒng)的終端負(fù)載。它吸收全部待測(cè)功率,并由指示器顯示測(cè)得的功率值。本文介紹一種基于AD8362芯片的吸收式小功率計(jì)的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)利用AD公司的真有效值功率檢測(cè)器AD8362制作功率探頭,因此,電路簡(jiǎn)單,一致性好。該功率計(jì)的工作頻率為20kHz~250MHz,功率測(cè)量范圍為-48dBm~+12dBm。
2AD8362的原理及性能
2.1性能參數(shù)
AD8362是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的真有效值功率檢測(cè)器,工作頻率高達(dá)3GHz,它采用雙平方電路比較轉(zhuǎn)換技術(shù)和激光修整技術(shù),因而測(cè)量線性度較高,其測(cè)量結(jié)果基本上與信號(hào)波形無(wú)關(guān)。尤其是在大峰值因數(shù)時(shí),能夠勝任GSM、CDMA和W-CDMA等復(fù)雜信號(hào)對(duì)測(cè)量精度的要求,可廣泛用于對(duì)信號(hào)功率需要準(zhǔn)確測(cè)量的高頻通信和儀器儀表系統(tǒng)中。
AD8362采用16腳TSSOP封裝,可在-40℃~+85℃的溫度范圍內(nèi)工作。其特點(diǎn)
●可進(jìn)行真有效值功率測(cè)量;
●具有以dB為單位的線性響應(yīng),而且具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性;
●輸入動(dòng)態(tài)范圍達(dá)60dB,對(duì)于50Ω阻抗的系統(tǒng)而言,其信號(hào)輸入可從-45dBm~+15dBm;
●具有從低頻到2.7GHz的平坦輸入/輸出響應(yīng);
●精度、線性度高,典型線性斜率為50mV/dB;
●單電源工作,范圍為+4.5V~+5.5V;
●電源休眠powerdown功能可降低功耗,休眠時(shí)功耗小于100μW。
AD8362的極限參數(shù)
●電源電壓:+5.5V;
●內(nèi)部功耗:500μW;
●工作溫度范圍:-40~+85℃;
●存儲(chǔ)溫度范圍:-65~+150℃;
●焊接溫度:300℃。
2.2引腳功能
AD8362的引腳排列見(jiàn)圖1。各引腳功能
●COMM:公共接地端;
●CHPF:高通濾波器輸入端,該腳與地這間的電容大小決定著輸入高通濾波器的3dB頻率;
●INHI:信號(hào)差分輸入端口的“+”端;
●INLO:信號(hào)差分輸入端口的“-”端;
●DECL:“INHI”和“INLO”的去耦端,應(yīng)通過(guò)一個(gè)大電容連接到地,以構(gòu)成完整的輸入電路;
●PWDN:休眠控制端,高電平時(shí)器件關(guān)斷;
●CLPF:環(huán)路濾波器積分電容連接端;
●ACOM:輸出放大器的公共接地端;
●VSET:設(shè)置電壓輸入端,使RF的輸入功率與輸出的dB數(shù)相對(duì)應(yīng);
●VOUT:誤差放大器電壓輸出,在測(cè)量方式時(shí),通常直接與“VSET”端相連;
●VPOS:+5V電源輸入端;
●VTGT:基準(zhǔn)電壓端,該腳的電壓將影響對(duì)數(shù)截止點(diǎn)的位置;
●VREF:1.25V通用參考電壓輸出,可直接提供給“VTGT”。
3基本工作原理
AD8362是一種真有效值響應(yīng)的功率檢測(cè)器,其測(cè)量結(jié)果與信號(hào)波形無(wú)關(guān),從而為復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的射頻功率測(cè)量提供了一種有效的方法。AD8362的內(nèi)部電路框圖如圖2所示。
輸入的RF信號(hào)首先被送入一個(gè)可變的梯形電阻衰減器進(jìn)行衰減,該衰減器每隔5dB有一個(gè)抽頭,共有12個(gè)抽頭,它采用一種平滑的內(nèi)插專利技術(shù),使衰減值可以連續(xù)準(zhǔn)確變化,衰減值的設(shè)定由“VSET”腳的電壓控制。衰減后的信號(hào)送到一個(gè)高性能的寬帶放大器進(jìn)行放大,再由一個(gè)寬帶的平方律檢波器檢波,檢波輸出的脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)濾波后與另一個(gè)平方電路的輸出進(jìn)行比較。這個(gè)平方電路的輸入由“VTGT”腳提供,它是一個(gè)固定的直流電壓,通常在片外與可提供準(zhǔn)確1.25V參考電壓的VREF腳相連。兩個(gè)平方電路的輸出信號(hào)差分輸入到高增益誤差放大器后,將從“VOUT”腳輸出一個(gè)電壓信號(hào),該電壓值可隨輸入RF信號(hào)的功率而變,最高可以達(dá)到V。
AD8362可以設(shè)置成功率測(cè)量和控制器兩種工作方式。用功率測(cè)量方式時(shí),“VOUT”與“VSET”腳直接相連,此時(shí)輸出電壓與輸入功率有效值的對(duì)數(shù)成正比,因而讀數(shù)可以直接用dB表示。在控制器方式時(shí),對(duì)RF信號(hào)功率的實(shí)際取樣電壓值將從“VSET”腳輸入,可用來(lái)改變主系統(tǒng)放大器的增益,以使之保持在一個(gè)設(shè)置的水平上。
AD8362的“PWDN”腳在邏輯高電壓信號(hào)控制時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài),此時(shí),消耗電流將減少到2μA以下。芯片被低電平“喚醒”可在1μs內(nèi)完成。AD8362的正常工作電流在+25℃條件下為18mA。
4實(shí)用功率計(jì)設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際需要,筆者以AD8362為中心設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的吸收式射頻小功率計(jì),圖3是其電路連接圖。該功率計(jì)輸入端采用HP公司的肖特基勢(shì)壘二極管HSMS-8101作過(guò)載保護(hù),AD8362的信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)成雙端差分輸入模式,并用Mini-Cir-cuits公司的射頻變壓器T4-6T進(jìn)行耦合,T4-6T的傳輸比為12,這樣,既便于阻抗匹配,又可以使AD8362輸入端的信號(hào)功率提高3dB。
該功率計(jì)的顯示驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)PIC16C71及其外圍電路組成,可驅(qū)動(dòng)4只共陰極的LED數(shù)碼管,以指示被測(cè)信號(hào)功率的dB數(shù)值。PIC16C71是Microchip公司出品的8位低價(jià)微控制器,片內(nèi)有A、B兩個(gè)8位雙向I/O口,其中A口的低4位可作為4個(gè)通道A/D轉(zhuǎn)換器的輸入口。設(shè)計(jì)中,筆者用PIC16C71的RA0作為A/D輸入端以采樣AD8362的“VOUT”輸出電壓。該單片機(jī)的工作時(shí)鐘為4MHz,A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘源采用片內(nèi)RC振蕩器,基準(zhǔn)為芯片的+5V電源電壓。由于PIC16C71單片機(jī)I/O口的單端驅(qū)動(dòng)電流最大為25mA,而一位數(shù)碼管的8只LED同時(shí)發(fā)光的最大“位”電流約需48mA,所以應(yīng)將RA4~RA7進(jìn)行擴(kuò)展??捎桑粗蝗龢O管來(lái)完成LED的“位”驅(qū)動(dòng)。而LED的7段顯示、小數(shù)點(diǎn)的顯示則可以直接由B口的RB0~RB7完成。
顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行每20ms掃描一次,每個(gè)數(shù)碼管輪流顯示5ms。這樣,由于人眼的“視覺(jué)暫留”效應(yīng)
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