電路功能與優(yōu)勢
該電路使用 ADL5902 TruPwr 檢波器" title="檢波器">檢波器測量RF信號的均方根信號強度,，信號波峰因素(峰值均值比)在約65 dB的動態(tài)范圍內(nèi)變化,，工作頻率為50 MHz至9 GHz。
測量結(jié)果在12位ADC(AD7466)輸出端以串行數(shù)據(jù)" title="串行數(shù)據(jù)">串行數(shù)據(jù)形式提供,。在數(shù)字域中針對環(huán)境溫度執(zhí)行簡單的4點系統(tǒng)校準,。
RF檢波器與ADC之間的接口很簡單，由兩個信號調(diào)整電阻組成,，無有源元件,。此外,，ADL5902內(nèi)部2.3 V基準電壓" title="基準電壓">基準電壓為微功耗ADC提供電源和基準電壓。AD7466無流水線延遲,，可作為只讀SAR ADC,。
整個電路實現(xiàn)了約±0.5 dB的溫度穩(wěn)定性。
顯示的數(shù)據(jù)是針對在-40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)工作的兩個器件,。
通過軟件校準的50 MHz至9 GHz RF功率測量系統(tǒng)" title="測量系統(tǒng)">測量系統(tǒng) (CN0178)
通過軟件校準的RF功率測量系統(tǒng)
圖1. 通過軟件校準的RF功率測量系統(tǒng)
電路描述
測量的RF信號施加于ADL5902的輸入端,，即dB線性rms響應(yīng)均方根檢波器。外部60.4 Ω電阻R3結(jié)合ADL5902的較高輸入阻抗,，確保寬帶50 Ω與RF輸入匹配,。ADL5902以所謂的“測量模式”配置，VSET和VOUT引腳相連,。在此模式下,，輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓與輸入均方根值的對數(shù)成比例。換言之,，讀數(shù)以分貝值直接呈現(xiàn),，每到十倍調(diào)整至1.06 V，或者53 mV/dB,。
AD7466 12位ADC的電源電壓和基準電壓由ADL5902內(nèi)部2.3 V基準電壓源提供,。由于AD7466消耗的電流極少(以10 kSPS采樣時僅為16 μA)，ADL5902的基準電壓輸出足以向ADC以及由R9,、R10,、R11、R12組成的溫度補償和均方根精度調(diào)整網(wǎng)絡(luò)供電,。
ADC滿量程電壓等于2.3 V,。最大檢波器輸出電壓(在線性輸入范圍內(nèi)工作時)約為3.5 V(參見ADL5902數(shù)據(jù)手冊圖6、7,、8,、12、13及14),，因此在驅(qū)動AD7466前必須降低0.657倍,。這個降低過程通過簡單的電阻分壓器 R10和R11(1.21 kΩ和2.0 kΩ)來實現(xiàn)。以上數(shù)值可實現(xiàn)0.623的實際比例因子,，通過建立電阻容差余量確保ADL5902 RF檢波器不會過驅(qū)ADC,。
顯示的是檢波器輸出電壓與輸入功率的典型曲線(無輸出調(diào)整)
圖2 顯示的是檢波器輸出電壓與輸入功率的典型曲線(無輸出調(diào)整)
該檢波器的傳遞函數(shù)" title="傳遞函數(shù)">傳遞函數(shù)可通過以下公式計算近似值：
VOUT = SLOPE_DETECTOR × (PIN INTERCEPT)
其中SLOPE_DETECTOR是檢波器斜率，單位為mV/dB;INTERCEPT 是x軸截距,，單位為dBm;PIN是輸入功率,，單位為dBm。
在ADC輸出端，VOUT由ADC輸出代碼取代,，公式可改寫為：
CODE = SLOPE × (PIN INTERCEPT)
其中 SLOPE 是檢波器,、調(diào)整電阻及ADC的組合斜率，單位為次/dB; PIN 和 INTERCEPT 單位仍為dBm,。
圖3顯示的是典型檢波器輸入功率的功率掃描以及在700 MHz輸入信號下觀察到的ADC輸出代碼,。
700 MHz下的ADC輸出代碼及誤差與RF輸入功率的關(guān)系
圖3. 700 MHz下的ADC輸出代碼及誤差與RF輸入功率的關(guān)系
總體斜率和截距隨系統(tǒng)的不同而變化，該變化是由RF檢波器,、調(diào)整電阻和ADC傳遞函數(shù)的器件間差異造成的,。因此需要系統(tǒng)級校準以確定整個系統(tǒng)的斜率和截距。本應(yīng)用中,，使用4點校準校正RF檢波器傳遞函數(shù)內(nèi)的某些非線性,，特別是在低端位置。該4點校準方案產(chǎn)生三個斜率和三個截距校準系數(shù),，這些數(shù)值在校準后應(yīng)存儲在非易失RAM (NVM)內(nèi),。
通過向ADL5902施加四個已知信號電平執(zhí)行校準，從ADC測量相應(yīng)的輸出代碼,。選擇的校準點應(yīng)在器件線性工作范圍內(nèi),。本例中，校準點位于0 dBm,、-20 dBm,、-45 dBm及-58 dBm。
斜率和截距校準系數(shù)通過以下公式計算：
SLOPE1 = ( CODE _1 – CODE_2)/(PIN_1 — PIN_2)
INTERCEPT1= CODE_1/(SLOPE_ADC × PIN_1)
接著使用CODE_2/CODE_3和CODE_3/CODE_4重復(fù)計算,，分別得出SLOPE2/INTERCEPT2和SLOPE3/INTERCEPT3,。六個校準系數(shù)應(yīng)與CODE_1、CODE_2,、CODE_3,、CODE_4一起存儲在NVM內(nèi)。
當電路在現(xiàn)場工作時,，這些校準系數(shù)用于計算未知的輸入功率電平PIN,，公式如下：
PIN = (CODE/SLOPE) + INTERCEPT
為了在電路工作期間獲得適當?shù)男甭屎徒鼐嘈氏禂?shù)，從ADC觀察到的CODE必須與CODE_1,、CODE_2,、CODE_3、CODE_4進行比較,。例如，如果來自ADC的CODE在CODE_1與CODE_2之間,，則應(yīng)使用SLOPE1和INTERCEPT1,。該步驟還可用于提供欠量程或超量程警告。例如，如果來自ADC的CODE大于CODE_1或小于CODE_4,，表示測得的功率在校準范圍以外,。
圖3還顯示了電路傳遞函數(shù)變化與以上直線公式的關(guān)系。該誤差函數(shù)由傳遞函數(shù)邊沿彎曲,、線性工作范圍內(nèi)的小紋波以及溫度漂移造成,。誤差以dB表示，公式如下：
誤差 (dB) = 計算的RF功率 - 實際輸入功率
= (CODE/SLOPE) + INTERCEPT – PIN_TRUE
圖3還包括了誤差與溫度的關(guān)系曲線,。本例中,，將在+85°C和?40°C下測得的ADC代碼與環(huán)境溫度下的直線公式進行比較。該方法與現(xiàn)實系統(tǒng)一致,，系統(tǒng)校準一般只能在環(huán)境溫度下進行,。
圖4和圖5分別顯示電路在1 GHz和2.2 GHz下的性能。
圖4. 1 MHz下的ADC輸出代碼及誤差與RF輸入功率的關(guān)系
圖5. 2.2 MHz下的ADC輸出代碼及誤差與RF輸入功率的關(guān)系
該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當?shù)腜CB布局,，包括但不限于電源旁路,、受控阻抗線路(如需要)、元件布局,、信號布線以及電源層和接地層,。(有關(guān)PCB布局的詳情，請參見 MT-031教程, MT-101 教程 和 高速印刷電路板布局實用指南一文 ,。)
測試設(shè)置由ADL5902-EVALZ和EVAL-AD7466CBZ*估板組成,，兩者使用SMA至SMB適配器電纜相連。置于環(huán)境室內(nèi)進行溫度測試,。*估控制板2(EVAL-CONTROL-BRD2Z)通過測試室門內(nèi)的插槽連接至AD7466*估板;也就是ADL5902和AD7466*估板位于測試室內(nèi)部,，*估控制板留在外部?？刂瓢逵糜诎l(fā)送,、接收和捕捉來自AD7466*估板的串行數(shù)據(jù)。ECB2并行端口連接至筆記本電腦,。筆記本電腦用于加載,、運行和查看ECB2上的AD7466*估軟件。ADL5902*估板所需的RF輸入信號由Rhode & Schwarz SMT-03 RF信號源提供,。使用Agilent E3631A電源為ADL5902供電,。有關(guān)詳情請參見AD7466*估板原理圖和ADL5902數(shù)據(jù)手冊。
常見變化
對于需要較小RF檢波范圍的應(yīng)用,，可以使用 AD8363 均方根檢波器,。AD8363檢波范圍為50 dB，工作頻率最高達6 GHz,。對于非均方根檢波應(yīng)用,，可使用 AD8317/ AD8318/ AD8319 或 ADL5513 ,。這些器件提供不同的檢波范圍，輸入頻率范圍最高達10 GHz(有關(guān)詳情參見 CN-0150 ),。
AD7466是單通道12位ADC,，采用SPI接口。如果終端應(yīng)用需要多通道ADC,，可使用雙通道12位 AD7887 ,。在需要多個ADC和DAC通道的多通道應(yīng)用中，可使用 AD7294 ,。除提供四路12位DAC輸出外,，這款子系統(tǒng)芯片還含有4個非專用ADC通道、2路高端電流檢測輸入和3個溫度傳感器,。電流和溫度測量結(jié)果經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換后,，可通過I2C 兼容接口讀取。