具 35dB 動(dòng)態(tài)范圍的 100MHz 至 40GHz 對(duì)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(cè)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(cè)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(shuō)明這整套方案相當(dāng)簡(jiǎn)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。

 

 

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(lái)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(jiǎn)化了與Linduino板之間的連接。整個(gè)電路通過(guò)Linduino板的輔助端口供電，包括LTC5596板和連接器。

 

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(cè)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：

 

 

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(cè)量所得的y來(lái)計(jì)算x，b和m的值則來(lái)自于校準(zhǔn)。對(duì)多個(gè)讀數(shù)取平均值可以幫助最小化噪聲帶來(lái)的影響。

 

Linduino的板載ADC為10位分辨率，與約4.9 mV的LSB尺寸對(duì)應(yīng)。LTC5596的典型斜率為28.5 mV/dB，因此測(cè)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(jiǎn)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(duì)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)。

 

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，

 

 

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(cè)中，對(duì)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(cè)量的功率之間的差異?？捎玫臋z測(cè)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(lái)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。
 

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(jiǎn)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(cè)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(kāi)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(wú)論采用何種調(diào)制方式，LTC5596 rms檢波器都能夠準(zhǔn)確測(cè)量功率。即使是簡(jiǎn)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(cè)定。

 

 

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