CN0178 通過軟件校準的50 MHz至9 GHz RF功率測量系統(tǒng)

CN0178 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。 本電路使用EVAL-CN0178-SDPZ電路板和EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(SDP)評估板。這兩片板具有120引腳的對接連接器，可以快速完成設(shè)置并評估電路性能。EVAL-CN0178-SDPZ板包含待評估電路，如本筆記所述。SDP評估板與CN0178評估軟件一起使用，可從EVAL-CN0178-SDPZ電路板獲取數(shù)據(jù)。 設(shè)備要求 帶USB端口且運行Windows? XP、Windows Vista?（32位）或Windows? 7（32位）的PC EVAL-CN0178-SDPZ 電路評估板 EVAL-SDP-CB1Z SDP 評估板 CN0178 評估軟件 電源：+6 V或+6 V“壁式電源適配器” 環(huán)境腔 RF 信號源 帶SMA連接器的同軸RF電纜 ?開始使用 將CN0178評估軟件光盤放進PC的光盤驅(qū)動器，加載評估軟件。打開“我的電腦”，找到包含評估軟件光盤的驅(qū)動器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評估軟件。 功能框圖 電路功能框圖參見本電路筆記的圖1，電路原理圖參見“EVAL-CN0178-SDPZ-SCH-Rev0.pdf”文件。此文件位于CN0178設(shè)計支持包中。 設(shè)置 EVAL-CN0178-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP)評估板上標有“CON A”的連接器。應(yīng)使用尼龍五金配件，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。利用合適的RF電纜，通過SMA RF輸入連接器將RF信號源連接到EVAL-CN0178-SDPZ板。在斷電情況下，將一個+6 V電源連接到板上標有“+6 V”和“GND”的引腳。如果有+6 V“壁式電源適配器”，可以將它連接到板上的管式連接器，代替+6 V電源。SDP板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。注意：此時請勿將該USB電纜連接到SDP板上的微型USB連接器。 測試 為連接到EVAL-CN0178-SDPZ電路板的+6 V電源（或“壁式電源適配器”）通電。啟動評估軟件，并通過USB電纜將PC連接到SDP板上的微型USB連接器。 一旦USB通信建立，就可以使用SDP板來發(fā)送、接收、捕捉來自EVAL-CN0178-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)。 本電路筆記中的數(shù)據(jù)是利用Rohde & Schwarz SMT-03 RF信號源和Agilent E3631A電源產(chǎn)生的。信號源設(shè)置為圖中所示的頻率，以1 dB的增量逐步調(diào)整輸入功率并記錄數(shù)據(jù)。 使用Test Equity Model 107環(huán)境腔進行溫度測試。CN0178-SDPZ評估板通過測試腔門上的插槽放入腔中，SDP評估板向外延伸。 有關(guān)如何使用評估軟件來捕捉數(shù)據(jù)的詳細信息，請參閱CN0178評估軟件Readme文件。 有關(guān)SDP板的信息，請參閱SDP用戶指南。 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。 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）。 圖2. ADL5902均方根檢波器在900 MHz時的輸出電壓與輸入功率的關(guān)系 ? 該檢波器的傳遞函數(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。 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)?a href='http://wenjunhu.com/v/tag/82/' target='_blank' class='arckwlink_none'>PCB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 。） CN0178 CN0178 通過軟件校準的50 MHz至9 GHz RF功率測量系統(tǒng) 該電路使用 ADL5902 TruPwr? 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)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。 圖1. 通過軟件校準的RF功率測量系統(tǒng) ? CN0178 | circuit note and reference circuit info 通過軟件校準的50 MHz至9 GHz RF功率測量系統(tǒng) | Analog Devices CN0178 該電路使用 ADL5902 TruPwr? 檢波器測量RF信號的均方根信號

• 寬帶頻率范圍：50MHz至9GHz
• 動態(tài)范圍：65 dB
• 計算波峰因數(shù)、RMS和峰值信號電平

(analog)