AD8361—0.1～2.5GHz真功率有效值响应器件及其使用方法

    摘要：AD8361是ADI公司最表推出的一种射频（RF）真功率检测集成电路，综是一个在单片IC上实现用有效值度量RF功率的器件。介绍了它的检测原理及使用方法。

凡是检测一个信号的真功率有效值（RMS）都要雪结到检测该信号的电压有效值上来。而检测电压有效值的传统方法是通过二极管平方律检波电路或热电耦合热装置来完成的。这两种方法各自都有较多的缺点，很难做到精确测量，而且线性和温度稳定性都不高，尤其在检测小功率射频信号时更是如如。二极管平方律特性范围很窄，信号过小或过大时检测性能都很差，造成较大测量误差；热电耦发热装置工艺复杂，器件脆弱，信号过大极易烧毁。随着模拟集成电路的发展，人们找到了解决这一问题的最佳方法。有效值是通过如下公式定义的：

    利用模拟集成电路的运算功能很容易完成上述运算，而且可以做到测量精度高、输出线性好及温度稳定性好。AD8361就是把计算电路集成在一个单片IC上，实现用有效值度量RF信号功率的专用器件。不论波形简单还是复杂，AD8361都能从被检测信号提取有效值测量数据，尤其适合测量高峰值因子（峰值与有效值之比）信号，如CDMA和W-CDMA信号。它的频响范围为0.1～2.5GHz；供电电压范围为2.7～5.5V，4mA；输入范围为30dB。它有高度的线性和温度稳定性，测量准确度为14dB范围内误差±0.25dB；23dB范围内误差±1dB。该电路最典型的应用是发射功率控制和接收信号强度检测（RSSIs）。它的成本很低，购买千片以上每片单价仅为$3.75，其性能可达到价格为$1000的仪器的精度，此电路还可以用于正交幅度调制（QAM）及其它复杂调制。

1 工作原理

AD8361的功能框图如图1所示。

被测的RF信号VIN加在第一个平方荐输入端，由于输入端（RFIN）和地端（COMM）之间呈现225Ω电阻，输入端相对地端有0.8V偏置，因此输入端庆外接耦合电容，适当选择这个电容数值，可使测量信号的频率范围低到0.1GHz。平方荐产生与VIN2成正比的电流，送到并联RC滤波器，由于RC滤波器作用，其输出与VIN 2的平均值成正比。此信号磅至高增益差动放大器正输入端。放大器的负输入端加的是第二个平方项的输出，即放大器输出信号Vo1的平方，也就是反馈信号Vf=Vo1 2。于是，在放大器的输入端有：

    当放大器平衡时，输入电压Vi≈0，即：

    所以：

    也就是说，在放大器平衡状态下，放大器输出电压Vo2与输入电压的方均根值（RMS值）成正比。放大器的输出电压Vo2经缓冲器后作为器件的输出电压Vo，从而使输出电压Vo反映了输入电压的RMS值。两平方项工作频带很宽，从DC到微波段都能很好响应。由于两个平方项高度一致，能很好地跟踪温度变化，使器件转换增益与两平方项各自增益无关，因此具有很好的温度稳定性。

AD8361在3V供电下，输入电压有效值范围达390mV，在5V供电下，输入电压有效值范围达660mV，转换增益为7.5。

2 基本工作模式

为适应不同A/D转换器的要求，该器件有三种工作模式：

·接地参考模式，其超始点为0；

·内部参考模式，偏移输出起泡沫+350mV；

·电源参考模式，偏移输出电压为Vs/7.5。

2.1 基本连接

图2、图3和图4分别是AD8361在三种模式下在基本连接。该器件由2.7V到5.5V范围内的单电源供电，VPOS引脚外接100pF和0.01μF去耦电容。在工作械下，1.1mA的静态电流可以通过将PWDN引脚拉高至VPOS而减小到1μA。75Ω的外部分流电阻结合交流耦合输入可获得将近50Ω的总宽带输入阻抗。注意：耦合电容必须置于外部分流电阻和RFIN端之间。通过耦合电容和内部输入电阻，可用下式算出高通角频率：f3dB=1（2πCc×RIN）。例如图2，对于100pF的电容，可算出高通角频率为8MHz。输出电压标称值为输入电压均方根值的7.5倍即转换增益为7.5。三种不同的工作模式可由SREF和IREF引脚设定。

2.2 输出电压

图5为5V供电电压时三种工作模式下的输出电压。可以看出，在内部参考模式和电源参考模式下，由于输出斜线的长度减小了，输出电压有效动态范围将有所减小。降低供电电压也会引起动态范围的减小，而频率的变化几乎不影响动态范围，但在高频时转换增益稍有下降。

2.3 滤波器电容的选择

AD8361的内部电容并联在一个内部电阻上，该电阻的阻值随信号强弱而变化，变化范围从弱信号的2kΩ到强信号的500Ω。其低通角频率在3MHz到12MHz之间，因此足以给240MHz的信号提供滤波。但是，对于CDMA或W-CDMA等高峰值因子信号，通常带有低频元件，需要外加滤波电容。而对于TDMA信号，如GSM、PDC和PHS，其峰值因子接近正弦波，只需内部滤波电容即可。