基于AD8362的射頻功率計(jì)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：AD8362；射頻；功率測量；真有效值；檢波器

１　概述

功率是表征射頻信號特性的一個(gè)重要參數(shù)，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，對射頻信號功率的精確測量已成為無線通信測量中的重要一環(huán)。射頻功率計(jì)通常由功率傳感器（或稱功率探頭）和功率指示器兩部分組成，根據(jù)功率計(jì)測量電路的連接方式，功率計(jì)可分為吸收式（又稱終端式）和通過式兩種，吸收式功率計(jì)以功率探頭作為被測系統(tǒng)的終端負(fù)載。它吸收全部待測功率，并由指示器顯示測得的功率值。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器ＡＤ８３６２制作功率探頭，因此，電路簡單，一致性好。該功率計(jì)的工作頻率為２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ，功率測量范圍為－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ。

２　ＡＤ８３６２的原理及性能

２．１ 性能參數(shù)

ＡＤ８３６２是美國ＡＤ公司生產(chǎn)的真有效值功率檢測器，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)，因而測量線性度較高，其測量結(jié)果基本上與信號波形無關(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)雜信號對測量精度的要求，可廣泛用于對信號功率需要準(zhǔn)確測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)如下：

●可進(jìn)行真有效值功率測量；

●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；

●輸入動態(tài)范圍達(dá)６０ｄＢ，對于５０Ω阻抗的系統(tǒng)而言，其信號輸入可從－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?ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ?功能可降低功耗，休眠時(shí)?功耗小于１００μＷ。

ＡＤ８３６２的極限參數(shù)如下：

●電源電壓：＋５．５Ｖ；

●內(nèi)部功耗：５００μＷ；

●工作溫度范圍：－４０～＋８５℃；

●存儲溫度范圍：－６５～＋１５０℃；

●焊接溫度（焊接時(shí)間≤６０ｓ）：３００℃。

２．２ 引腳功能

ＡＤ８３６２的引腳排列見圖１。各引腳功能如下：

●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：信號差分輸入端口的“＋”端；

●ＩＮＬＯ：信號差分輸入端口的“－”端；

●ＤＥＣＬ：“ＩＮＨＩ”和“ＩＮＬＯ”的去耦端，應(yīng)通過一個(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)相對應(yīng)；

●ＶＯＵＴ：誤差放大器電壓輸出，在測量方式時(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)的功率檢測器，其測量結(jié)果與信號波形無關(guān)，從而為復(fù)雜調(diào)制信號的射頻功率測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，檢波輸出的脈動信號經(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，該電壓值可隨輸入ＲＦ信號的功率而變，最高可以達(dá)到（Ｖｓ－０．１）Ｖ。

ＡＤ８３６２可以設(shè)置成功率測量和控制器兩種工作方式。用功率測量方式時(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ＲＦ 信號功率的實(shí)際取樣電壓值將從“ＶＳＥＴ”腳輸入，可用來改變主系統(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。

圖3 射頻功率計(jì)電路

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公司的肖特基勢壘二極管ＨＳＭＳ－８１０１作過載保護(hù)，ＡＤ８３６２的信號輸入端設(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１?２，這樣，既便于阻抗匹配，又可以使ＡＤ８３６２輸入端的信號功率提高３ｄＢ。

該功率計(jì)的顯示驅(qū)動電路由單片機(jī)ＰＩＣ１６Ｃ７１及其外圍電路組成，可驅(qū)動４只共陰極的ＬＥＤ數(shù)碼管，以指示被測信號功率的ｄＢ數(shù)值（最高位顯示符號在低于０ｄＢｍ時(shí)顯示負(fù)號，大于等于０ｄＢｍ時(shí)不顯示）。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管來完成ＬＥＤ的“位”驅(qū)動。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“視覺暫留”效應(yīng)，顯示效果還是比較穩(wěn)定的。

本射頻功率計(jì)由于受耦合變壓器Ｔ４－６Ｔ的頻率限制，整機(jī)工作頻率范圍為２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ，功率測量范圍為－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ，精度可達(dá)０．１ｄＢ。如果換用其它更合適的耦合變壓器型號，則可以工作到更寬的頻率范圍，最高時(shí)可達(dá)２．７ＧＨｚ。