AD8361—0.1～2.5GHz真功率有效值響應器件及其使用方法

摘要：AD8361是ADI公司最表推出的一種射頻（RF）真功率檢測集成電路，綜是一個在單片IC上實現(xiàn)用有效值度量RF功率的器件。介紹了它的檢測原理及使用方法。

凡是檢測一個信號的真功率有效值（RMS）都要雪結(jié)到檢測該信號的電壓有效值上來。而檢測電壓有效值的傳統(tǒng)方法是通過二極管平方律檢波電路或熱電耦合熱裝置來完成的。這兩種方法各自都有較多的缺點，很難做到精確測量，而且線性和溫度穩(wěn)定性都不高，尤其在檢測小功率射頻信號時更是如如。二極管平方律特性范圍很窄，信號過小或過大時檢測性能都很差，造成較大測量誤差；熱電耦發(fā)熱裝置工藝復雜，器件脆弱，信號過大極易燒毀。隨著模擬集成電路的發(fā)展，人們找到了解決這一問題的最佳方法。有效值是通過如下公式定義的：

利用模擬集成電路的運算功能很容易完成上述運算，而且可以做到測量精度高、輸出線性好及溫度穩(wěn)定性好。AD8361就是把計算電路集成在一個單片IC上，實現(xiàn)用有效值度量RF信號功率的專用器件。不論波形簡單還是復雜，AD8361都能從被檢測信號提取有效值測量數(shù)據(jù)，尤其適合測量高峰值因子（峰值與有效值之比）信號，如CDMA和W-CDMA信號。它的頻響范圍為0.1～2.5GHz；供電電壓范圍為2.7～5.5V，4mA；輸入范圍為30dB。它有高度的線性和溫度穩(wěn)定性，測量準確度為14dB范圍內(nèi)誤差±0.25dB；23dB范圍內(nèi)誤差±1dB。該電路最典型的應用是發(fā)射功率控制和接收信號強度檢測（RSSIs）。它的成本很低，購買千片以上每片單價僅為$3.75，其性能可達到價格為$1000的儀器的精度，此電路還可以用于正交幅度調(diào)制（QAM）及其它復雜調(diào)制。

1 工作原理

AD8361的功能框圖如圖1所示。

被測的RF信號VIN加在第一個平方薦輸入端，由于輸入端（RFIN）和地端（COMM）之間呈現(xiàn)225Ω電阻，輸入端相對地端有0.8V偏置，因此輸入端慶外接耦合電容，適當選擇這個電容數(shù)值，可使測量信號的頻率范圍低到0.1GHz。平方薦產(chǎn)生與VIN2成正比的電流，送到并聯(lián)RC濾波器，由于RC濾波器作用，其輸出與VIN 2的平均值成正比。此信號磅至高增益差動放大器正輸入端。放大器的負輸入端加的是第二個平方項的輸出，即放大器輸出信號Vo1的平方，也就是反饋信號Vf=Vo1 2。于是，在放大器的輸入端有：

當放大器平衡時，輸入電壓Vi≈0，即：

所以：

也就是說，在放大器平衡狀態(tài)下，放大器輸出電壓Vo2與輸入電壓的方均根值（RMS值）成正比。放大器的輸出電壓Vo2經(jīng)緩沖器后作為器件的輸出電壓Vo，從而使輸出電壓Vo反映了輸入電壓的RMS值。兩平方項工作頻帶很寬，從DC到微波段都能很好響應。由于兩個平方項高度一致，能很好地跟蹤溫度變化，使器件轉(zhuǎn)換增益與兩平方項各自增益無關，因此具有很好的溫度穩(wěn)定性。

AD8361在3V供電下，輸入電壓有效值范圍達390mV，在5V供電下，輸入電壓有效值范圍達660mV，轉(zhuǎn)換增益為7.5。

2 基本工作模式

為適應不同A/D轉(zhuǎn)換器的要求，該器件有三種工作模式：

·接地參考模式，其超始點為0；

·內(nèi)部參考模式，偏移輸出起泡沫+350mV；

·電源參考模式，偏移輸出電壓為Vs/7.5。

2.1 基本連接

圖2、圖3和圖4分別是AD8361在三種模式下在基本連接。該器件由2.7V到5.5V范圍內(nèi)的單電源供電，VPOS引腳外接100pF和0.01μF去耦電容。在工作械下，1.1mA的靜態(tài)電流可以通過將PWDN引腳拉高至VPOS而減小到1μA。75Ω的外部分流電阻結(jié)合交流耦合輸入可獲得將近50Ω的總寬帶輸入阻抗。注意：耦合電容必須置于外部分流電阻和RFIN端之間。通過耦合電容和內(nèi)部輸入電阻，可用下式算出高通角頻率：f3dB=1（2πCc×RIN）。例如圖2，對于100pF的電容，可算出高通角頻率為8MHz。輸出電壓標稱值為輸入電壓均方根值的7.5倍即轉(zhuǎn)換增益為7.5。三種不同的工作模式可由SREF和IREF引腳設定。

2.2 輸出電壓

圖5為5V供電電壓時三種工作模式下的輸出電壓?？梢钥闯?，在內(nèi)部參考模式和電源參考模式下，由于輸出斜線的長度減小了，輸出電壓有效動態(tài)范圍將有所減小。降低供電電壓也會引起動態(tài)范圍的減小，而頻率的變化幾乎不影響動態(tài)范圍，但在高頻時轉(zhuǎn)換增益稍有下降。

2.3 濾波器電容的選擇

AD8361的內(nèi)部電容并聯(lián)在一個內(nèi)部電阻上，該電阻的阻值隨信號強弱而變化，變化范圍從弱信號的2kΩ到強信號的500Ω。其低通角頻率在3MHz到12MHz之間，因此足以給240MHz的信號提供濾波。但是，對于CDMA或W-CDMA等高峰值因子信號，通常帶有低頻元件，需要外加濾波電容。而對于TDMA信號，如GSM、PDC和PHS，其峰值因子接近正弦波，只需內(nèi)部濾波電容即可。