基于AD8362的射頻功率計設計

關鍵詞：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重要參數，隨著移動通信技術的發展，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。射頻功率計通常由功率傳感器（或稱功率探頭）和功率指示器兩部分組成，根據功率計測量電路的連接方式，功率計可分為吸收式（又稱終端式）和通過式兩種，吸收式功率計以功率探頭作為被測系統的終端負載。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的設計方法。該設計利用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

ＡＤ８３６２是美國ＡＤ公司生產的真有效值功率檢測器，工作頻率高達３ＧＨｚ，它采用雙平方電路比較轉換技術和激光修整技術，因而測量線性度較高，其測量結果基本上與信號波形無關。尤其是在大峰值因數時，能夠勝任ＧＳＭ、ＣＤＭＡ和Ｗ－ＣＤＭＡ等復雜信號對測量精度的要求，可廣泛用于對信號功率需要準確測量的高頻通信和儀器儀表系統中。

ＡＤ８３６２采用１６腳ＴＳＳＯＰ封裝，可在－４０℃～＋８５℃的溫度范圍內工作。其特點如下：

●可進行真有效值功率測量；

●具有以ｄＢ為單位的線性響應，而且具有優良的溫度穩定性；

●輸入動態范圍達６０ｄＢ，對于５０Ω阻抗的系統而言，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；

●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?功耗小于１００μＷ。

ＡＤ８３６２的極限參數如下：

●電源電壓：＋５．５Ｖ；

●內部功耗：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，應通過一個大電容連接到地，以構成完整的輸入電路；

●ＰＷＤＮ：休眠控制端，高電平時器件關斷；

●ＣＬＰＦ：環路濾波器積分電容連接端；

●ＡＣＯＭ：輸出放大器的公共接地端；

●ＶＳＥＴ：設置電壓輸入端，使ＲＦ的輸入功率與輸出的ｄＢ數相對應；

●ＶＯＵＴ：誤差放大器電壓輸出，在測量方式時，通常直接與“ＶＳＥＴ”端相連；

●ＶＰＯＳ：＋５Ｖ電源輸入端；

●ＶＴＧＴ：基準電壓端，該腳的電壓將影響對數截止點的位置；

●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的功率檢測器，其測量結果與信號波形無關，從而為復雜調制信號的射頻功率測量提供了一種有效的方法。ＡＤ８３６２的內部電路框圖如圖２所示。

輸入的ＲＦ信號首先被送入一個可變的梯形電阻衰減器進行衰減，該衰減器每隔５ｄＢ有一個抽頭，共有１２個抽頭，它采用一種平滑的內插專利技術，使衰減值可以連續準確變化，衰減值的設定由“ＶＳＥＴ”腳的電壓控制。衰減后的信號送到一個高性能的寬帶放大器進行放大，再由一個寬帶的平方律檢波器檢波，檢波輸出的脈動信號經濾波后與另一個平方電路的輸出進行比較。這個平方電路的輸入由“ＶＴＧＴ”腳提供，它是一個固定的直流電壓，通常在片外與可提供準確１．２５Ｖ參考電壓的ＶＲＥＦ腳相連。兩個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，最高可以達到（Ｖｓ－０．１）Ｖ。

ＡＤ８３６２可以設置成功率測量和控制器兩種工作方式。用功率測量方式時，“ＶＯＵＴ”與“ＶＳＥＴ”腳直接相連，此時輸出電壓與輸入功率有效值的對數成正比，因而讀數可以直接用ｄＢ表示。在控制器方式時，對ＲＦ 信號功率的實際取樣電壓值將從“ＶＳＥＴ”腳輸入，可用來改變主系統放大器的增益，以使之保持在一個設置的水平上。

ＡＤ８３６２的“ＰＷＤＮ”腳在邏輯高電壓信號控制時可進入休眠狀態，此時，消耗電流將減少到２μＡ以下。芯片被低電平“喚醒”可在１μｓ內完成。ＡＤ８３６２的正常工作電流在＋２５℃條件下為１８ｍＡ。

圖3 射頻功率計電路

４　實用功率計設計

根據實際需要，筆者以ＡＤ８３６２為中心設計了一個簡單實用的吸收式射頻小功率計，圖３是其電路連接圖。該功率計輸入端采用ＨＰ公司的肖特基勢壘二極管ＨＳＭＳ－８１０１作過載保護，ＡＤ８３６２的信號輸入端設計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。

該功率計的顯示驅動電路由單片機ＰＩＣ１６Ｃ７１及其外圍電路組成，可驅動４只共陰極的ＬＥＤ數碼管，以指示被測信號功率的ｄＢ數值（最高位顯示符號在低于０ｄＢｍ時顯示負號，大于等于０ｄＢｍ時不顯示）。ＰＩＣ１６Ｃ７１是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司出品的８位低價微控制器，片內有Ａ、Ｂ兩個８位雙向Ｉ／Ｏ口，其中Ａ口的低４位可作為４個通道Ａ／Ｄ轉換器的輸入口。設計中，筆者用ＰＩＣ１６Ｃ７１的ＲＡ０作為Ａ／Ｄ輸入端以采樣ＡＤ８３６２的“ＶＯＵＴ”輸出電壓。該單片機的工作時鐘為４ＭＨｚ，Ａ／Ｄ轉換的時鐘源采用片內ＲＣ振蕩器，基準為芯片的＋５Ｖ電源電壓。由于ＰＩＣ１６Ｃ７１單片機Ｉ／Ｏ口的單端驅動電流最大為２５ｍＡ，而一位數碼管的８只ＬＥＤ同時發光的最大“位”電流約需４８ｍＡ，所以應將ＲＡ４～ＲＡ７進行擴展。可由４只三極管來完成ＬＥＤ的“位”驅動。而ＬＥＤ的７段顯示、小數點的顯示則可以直接由Ｂ口的ＲＢ０～ＲＢ７完成。

顯示采用動態掃描方式進行?每２０ｍｓ掃描一次，每個數碼管輪流顯示５ｍｓ。這樣，由于人眼的“視覺暫留”效應，顯示效果還是比較穩定的。

本射頻功率計由于受耦合變壓器Ｔ４－６Ｔ的頻率限制，整機工作頻率范圍為２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ，功率測量范圍為－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ，精度可達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，最高時可達２．７ＧＨｚ。