實(shí)現(xiàn)RMS-OC 變換的RF集成電路

功率測量是最基本的電氣參數(shù)，測量方法可區(qū)分為直接法和換算法。直接法用熱電偶、熱敏電阻等元件測量熱量，它與輸入信號(hào)的形狀沒有關(guān)系；換算法用二極管、對(duì)數(shù)放大器測量電壓，根據(jù)功率= （電壓）2/電阻計(jì)算出功率，它與輸入信號(hào)的形狀有密切關(guān)系。

熱電偶是最早用于功率測量的熱傳感器，經(jīng)過不斷改進(jìn)，靈敏度、精確度和動(dòng)態(tài)范圍都能滿足測量的要求。由于熱電偶具有平方特性，它的輸出電壓與輸入功率成正比，為克服輸出電壓幅值低的不利因素，需用斬波放大器、平均、濾波、保持環(huán)境溫度恒定等信號(hào)處理措施。熱電偶的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間慢，屬于毫秒級(jí)，即使特別開發(fā)的小型熱電偶，響應(yīng)時(shí)間也要10μs ，加上后續(xù)信號(hào)處理時(shí)間，獲得穩(wěn)定讀數(shù)往往需要幾十毫秒。目前熱電偶仍然是測量功率的常用元件。

熱敏電阻是具有負(fù)溫度系數(shù)的半導(dǎo)體傳感器，非線性特性很突出，需要采用電橋電路，定點(diǎn)定溫測量功率。電橋在外加功率作用下熱敏電阻數(shù)值改變，引起電橋不平衡，利用直流輸人使電橋恢復(fù)平衡，補(bǔ)充的直流功率就是輸入功率。熱敏電阻電橋的補(bǔ)償功率可以精確測量，因此熱敏電阻也是功率測量的常用元件。它的缺點(diǎn)也是響應(yīng)時(shí)間較慢。

與熱電偶和熱敏電阻相反，利用二極管檢波測量信號(hào)電壓，電路簡單，響應(yīng)最快，只要幾微秒。二極管在低電壓下具有非線性的伏安特性，在平方律區(qū)段二極管的整流電流與輸入功率成正比，經(jīng)過換算后獲得功率值。輸入功率較高時(shí)，二極管伏安特性進(jìn)入線性區(qū)段，導(dǎo)致測量誤差增加。二極管測量用正弦波形作為功率換算的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)波形因子不等于1的信號(hào)引入相對(duì)誤差，特別是峰值/有效值很高的脈沖波，用二極管檢波的換算法是不準(zhǔn)確的。

為克服二極管檢波的缺點(diǎn)，近年來一種對(duì)數(shù)放大器集成電路，把二極管和對(duì)數(shù)放大器集成在一起，擴(kuò)大功率測量范圍，同時(shí)適用于峰值/有效值比較變動(dòng)不大的信號(hào)檢波，只是頻率范圍比二極管要低，說明專用功率測量集成電路具有發(fā)展?jié)摿Α?BR>
近年來集成電路功率檢波器又取得新進(jìn)展，出現(xiàn)真功率檢波集成電路，可以滿足移動(dòng)通信CDMA和WCDMA功率測量的要求。本文著重介紹這種新器件的特性。

創(chuàng)新的RMS一OC真功率檢波集成電路

Analog Deviee公司Barrie Gibert工程師長期從事功率檢波集成電路的開發(fā)，20年前試制出RMS一DC （有效值-直流）變換集成電路，采用“隱式RMS計(jì)算法”專利，在功率檢波集成電路的輸入端直接執(zhí)行輸入信號(hào)平方運(yùn)算功能，如圖1所示，在集成電路輸出端獲得均方根值（即RMS）的直流信號(hào)，不足之處是頻率上限只有幾十兆，不能適應(yīng)寬帶功率測量的要求，而且對(duì)于波形因子快速變動(dòng)的信號(hào)響應(yīng)較慢。

近10年來數(shù)字通信，特別是移動(dòng)通信迅速發(fā)展，波形因子也越來越高，純正弦波的波形因子是1.41 （即√2），單通道CDMA的波形因子約等于2，多通道CDMA的波形因子達(dá)到6。為適應(yīng)通信功率測量的巨大市場， Barrie Gilbert改進(jìn)了早期設(shè)計(jì)，由Analog Deviees公司推出真功率檢波（True Power Detetion）系列RMS一OC集成電路，第一個(gè)產(chǎn)品是AD8361。幾種功率測量器件特性的對(duì)比見表1。

從表1可知，真功率檢波集成電路在移動(dòng)通信中具有很好的特性，許多指標(biāo)超過二極管和對(duì)數(shù)放大集成電路，達(dá)到實(shí)用的要求，特別是相對(duì)測量誤差最小。另外，表中所用的熱敏電橋和二極管都是著名功率計(jì)供應(yīng)商Boton Electronies公司的產(chǎn)品51101型和51015型，單價(jià)要100美元，而對(duì)數(shù)放大集成電路和真功率檢波集成電路的單價(jià)均在10美元以下。如果采用一般二極管，雖然價(jià)格可低到10美元以下，但是溫度特性較差。

AD8361集成電路真功率檢波的電路如圖2所示。

射頻信號(hào)X施加到寬帶X2電路，片上電容50pF將X2濾波，相當(dāng)對(duì)X2求平均，濾波后的輸出送至開方電路。開方電路由寬帶運(yùn)算放大器構(gòu)成，在它的反饋環(huán)內(nèi)接有另一個(gè)X2電路，結(jié)果是對(duì)X2進(jìn)行反運(yùn)算，獲得開方函數(shù)，另外在反饋環(huán)內(nèi)的電阻衰減器（R/6.4R）產(chǎn)生附加的7.4倍正向增益。實(shí)現(xiàn)這種均方根運(yùn)算的AD8361集成電路的總傳輸函數(shù)是：Vo= 7.4V（RMS電壓即直流輸出電壓是輸入有效值電壓的7.4倍。由于輸出的直流電壓就是RMS值，實(shí)現(xiàn)輸入功率的真有效值測量。AD8361集成電路的主要特性如表2所示。

AD8361采用Si雙極工藝， 8引腳微型SO封裝。

真功率檢波集成電路的應(yīng)用

真功率檢波產(chǎn)品的應(yīng)用很廣泛。特別是應(yīng)用在峰值/平均值連續(xù)變化、峰值/有效值大于1的功率測量，如蜂窩（90OMH z）、PCS（1000MHz）和CDMA（180MHz）移動(dòng)通信的接收機(jī)增益監(jiān)視、增益自動(dòng)控制、信號(hào)強(qiáng)度指示，發(fā)射機(jī)的功率控制、過荷保護(hù)、電平指示等應(yīng)用。

在測量儀器方面，可實(shí)現(xiàn)手持式射頻功率計(jì)，或增加數(shù)字多用表的功率測量功能，簡化射頻信號(hào)產(chǎn)生器的自動(dòng)電平控制回路等。

典型電路的AD8361連接如圖3所示。

輸入端并聯(lián)電阻66.5歐的R2與集成電路的輸入阻抗Zi并聯(lián)構(gòu)成50歐的輸入阻抗； Cl是隔直流電容；C2是電源旁路電容引腳1接供電電振引腳4是電源控制；引腳2和8控制輸出電壓補(bǔ)償值；引腳6可外接電容用于增大內(nèi)部濾波功能。