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“物美價(jià)廉”RMS功率計(jì),了解一下

發(fā)布時(shí)間:2019-05-05 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】RMS響應(yīng)式RF功率計(jì)被廣泛用于測試和測量應(yīng)用,用于精確測量具有不同波峰因素的信號的RF功率。這些價(jià)格高昂的連接設(shè)備的精度非常高,依賴于廣泛的特性測定和校準(zhǔn);但要保持這種精度,就無法兼顧成本和尺寸。
 
具 35dB 動(dòng)態(tài)范圍的 100MHz 至 40GHz 對數(shù)線性 RMS 功率檢波器 LTC5596 是一款功率在100 MHz 到40 GHz之間的rms響應(yīng)式集成電路,成本更低,尺寸更小,檢測范圍在35 dB或以上,可用于制造手持式寬帶功率計(jì),或者作為嵌入式功率計(jì)裝入電路中。
 
LTC5596采用可控的線性dB傳遞函數(shù),具備出色的頻率平坦度,易于校準(zhǔn) - 如單個(gè)中頻兩點(diǎn)校準(zhǔn)一般基礎(chǔ)的校準(zhǔn),在150 MHz至 30 GHz頻率范圍內(nèi),測量精度為±1 dB。LTC5596具備低功耗(僅 100 mW)和集成特性,因此能夠用在電路和手持式電源監(jiān)控解決方案中。
 
圖1中電源供電的示例可以說明這整套方案相當(dāng)簡單,其中,寬帶RF功率計(jì)可使用已有的LTC5596演示電路(DC2158A)、 I2C LCD 顯示器,以及運(yùn)行短小的固件程序的DC2026C Linduino 板構(gòu)建。
 
 
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圖1. 完整的寬帶RF功率計(jì)。
  
電路裝配
 
圖2顯示了裝配方案。Linduino板的模擬IN電池中包含多個(gè)ADC輸入,這里采用A0來作為示例介紹LTC5596檢波器的輸出。該顯示器采用I 2 C接口,簡化了與Linduino板之間的連接。整個(gè)電路通過Linduino板的輔助端口供電,包括LTC5596板和連接器。
 
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圖2. 連接圖。
   
固件
 
所需的所有固件都在Linduino板上運(yùn)行。固件的主要功能是將測量到的模擬輸入(V)轉(zhuǎn)換為RF功率(dBm),并在LCD顯示器上顯示。為了做到這一點(diǎn),我們建議用兩點(diǎn)校準(zhǔn)法,在LTC5596的線性傳遞函數(shù)上找到斜率和截點(diǎn)——以線性形式表示的VOUT和RF 功率:
 
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其中,x表示輸入功率(dBm),y表示LTC5596的輸出電壓(VOUT),與ADC數(shù)字碼成正比,m表示斜率,b表示x截點(diǎn)(VOUT達(dá)到0)。固件依據(jù)測量所得的y來計(jì)算x,b和m的值則來自于校準(zhǔn)。對多個(gè)讀數(shù)取平均值可以幫助最小化噪聲帶來的影響。
 
Linduino的板載ADC為10位分辨率,與約4.9 mV的LSB尺寸對應(yīng)。LTC5596的典型斜率為28.5 mV/dB,因此測量分辨率約為0.2 dB。附錄顯示的固件代碼示例在5.8 GHz下使用,用于顯示輸入功率 (dBm)。
  
校準(zhǔn)
 
雖然LTC5596采用了線性dB傳遞函數(shù)。但器件間差異會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多個(gè)傳遞函數(shù)斜率和軸截點(diǎn)。由于傳遞函數(shù)是線性的,所以校準(zhǔn)很簡單,只需采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)(如果需要,則采用多點(diǎn)校準(zhǔn))就可以確保準(zhǔn)確性。
 
圖3顯示了針對一個(gè)典型的傳遞曲線的兩點(diǎn)校準(zhǔn),該曲線是 5.8 GHz時(shí)LTC5596的曲線。這兩點(diǎn)被用于求取斜率和x截點(diǎn)。
 
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圖3. LTC5596 VOUT與輸入功率。選擇的兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)可以代表應(yīng)用的工作 范圍。
 
本例中,
 
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這些斜率和截點(diǎn)值都被用于附錄所示的數(shù)字碼中。
  
線性誤差
 
在數(shù)據(jù)手冊中,對數(shù)截點(diǎn)是指圖中的x截點(diǎn)。線性誤差是指理想直線與檢波器實(shí)際測量的功率之間的差異??捎玫臋z測范圍一般是指線性誤差小于1 dB的范圍。因此,可以利用圖4所示的x截點(diǎn)和斜率來計(jì)算誤差,這顯示的是采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)能夠達(dá)到的典型設(shè)備的線性誤差。
 
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圖4. 校準(zhǔn)之后,LTC5596的誤差與輸入功率。線性動(dòng)態(tài)范圍約為–40 dBm 至+3 dBm。
   
結(jié)論
 
LTC5596體積小、極為簡單,且所需的功耗低,在100 MHz至 40 GHz范圍內(nèi),可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的RF功率測量。它讓完整的解決方案具備小巧、高效和精準(zhǔn)的特點(diǎn),足以滿足手持便攜式 RF 功率計(jì)的需求,甚至可以放入電路之內(nèi),作為嵌入式RF功率計(jì)。
 
由于LTC5596具備出色的線性dB寬帶傳遞函數(shù),固件開銷達(dá)到最低。兩點(diǎn)校準(zhǔn)可在單個(gè)中頻帶頻率下進(jìn)行,具有不錯(cuò)的準(zhǔn)確度;也可以在多頻率下進(jìn)行,以提高準(zhǔn)確度。
 
更重要的是,無論采用何種調(diào)制方式,LTC5596 rms檢波器都能夠準(zhǔn)確測量功率。即使是簡單的兩點(diǎn)校準(zhǔn),結(jié)果也相當(dāng)準(zhǔn)確——不考慮調(diào)制波形的情況下,誤差小于0.3 dB。與之相反,其他價(jià)格高昂的商業(yè)設(shè)備則需要密集校準(zhǔn)和特性測定。
 
 
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