基于AD8362的射频功率计设计

摘要：介绍了AD公司生产的真有效值功率检测器AD8362的性能和基本原理，给出了由单片机PIC16C71控制的基于AD8362的射频小功率计的设计思想，同时给出了一个射频小功率计的实现电路。 关键词：AD8362；射频；功率测量；真有效值；检波器 １　概述 功率是表征射频信号特性的一个重要参数，随着移动通信技术的发展，对射频信号功率的精确测量已成为无线通信测量中的重要一环。射频功率计通常由功率传感器（或称功率探头）和功率指示器两部分组成，根据功率计测量电路的连接方式，功率计可分为吸收式（又称终端式）和通过式两种，吸收式功率计以功率探头作为被测系统的终端负载。它吸收全部待测功率，并由指示器显示测得的功率值。本文介绍一种基于ＡＤ８３６２芯片的吸收式小功率计的设计方法。该设计利用ＡＤ公司的真有效值功率检测器ＡＤ８３６２制作功率探头，因此，电路简单，一致性好。该功率计的工作频率为２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ，功率测量范围为－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ。 ２　ＡＤ８３６２的原理及性能 ２．１ 性能参数 ＡＤ８３６２是美国ＡＤ公司生产的真有效值功率检测器，工作频率高达３ＧＨｚ，它采用双平方电路比较转换技术和激光修整技术，因而测量线性度较高，其测量结果基本上与信号波形无关。尤其是在大峰值因数时，能够胜任ＧＳＭ、ＣＤＭＡ和Ｗ－ＣＤＭＡ等复杂信号对测量精度的要求，可广泛用于对信号功率需要准确测量的高频通信和仪器仪表系统中。 ＡＤ８３６２采用１６脚ＴＳＳＯＰ封装，可在－４０℃～＋８５℃的温度范围内工作。其特点如下： ●可进行真有效值功率测量； ●具有以ｄＢ为单位的线性响应，而且具有优良的温度稳定性； ●输入动态范围达６０ｄＢ，对于５０Ω阻抗的系统而言，其信号输入可从－４５ｄＢｍ～＋１５ｄＢｍ； ●具有从低频到２．７ＧＨｚ的平坦输入／输出响应； ●精度、线性度高，典型线性斜率为５０ｍＶ／ｄＢ； ●单电源工作，范围为＋４．５Ｖ～＋５．５Ｖ； ●电源休眠ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ功能可降低功耗，休眠时功耗小于１００μＷ。 ＡＤ８３６２的极限参数如下： ●电源电压：＋５．５Ｖ； ●内部功耗：５００μＷ； ●工作温度范围：－４０～＋８５℃； ●存储温度范围：－６５～＋１５０℃； ●焊接温度（焊接时间≤６０ｓ）：３００℃。 ２．２ 引脚功能 ＡＤ８３６２的引脚排列见图１。各引脚功能如下： ●ＣＯＭＭ：公共接地端； ●ＣＨＰＦ：高通滤波器输入端，该脚与地这间的电容大小决定着输入高通滤波器的３ｄＢ频率； ●ＩＮＨＩ：信号差分输入端口的“＋”端； ●ＩＮＬＯ：信号差分输入端口的“－”端； ●ＤＥＣＬ：“ＩＮＨＩ”和“ＩＮＬＯ”的去耦端，应通过一个大电容连接到地，以构成完整的输入电路； ●ＰＷＤＮ：休眠控制端，高电平时器件关断； ●ＣＬＰＦ：环路滤波器积分电容连接端； ●ＡＣＯＭ：输出放大器的公共接地端； ●ＶＳＥＴ：设置电压输入端，使ＲＦ的输入功率与输出的ｄＢ数相对应； ●ＶＯＵＴ：误差放大器电压输出，在测量方式时，通常直接与“ＶＳＥＴ”端相连； ●ＶＰＯＳ：＋５Ｖ电源输入端； ●ＶＴＧＴ：基准电压端，该脚的电压将影响对数截止点的位置； ●ＶＲＥＦ：１．２５Ｖ通用参考电压输出，可直接提供给“ＶＴＧＴ”。 ３　基本工作原理 ＡＤ８３６２是一种真有效值响应的功率检测器，其测量结果与信号波形无关，从而为复杂调制信号的射频功率测量提供了一种有效的方法。ＡＤ８３６２的内部电路框图如图２所示。 输入的ＲＦ信号首先被送入一个可变的梯形电阻衰减器进行衰减，该衰减器每隔５ｄＢ有一个抽头，共有１２个抽头，它采用一种平滑的内插专利技术，使衰减值可以连续准确变化，衰减值的设定由“ＶＳＥＴ”脚的电压控制。衰减后的信号送到一个高性能的宽带放大器进行放大，再由一个宽带的平方律检波器检波，检波输出的脉动信号经滤波后与另一个平方电路的输出进行比较。这个平方电路的输入由“ＶＴＧＴ”脚提供，它是一个固定的直流电压，通常在片外与可提供准确１．２５Ｖ参考电压的ＶＲＥＦ脚相连。两个平方电路的输出信号差分输入到高增益误差放大器后，将从“ＶＯＵＴ”脚输出一个电压信号，该电压值可随输入ＲＦ信号的功率而变，最高可以达到（Ｖｓ－０．１）Ｖ。 ＡＤ８３６２可以设置成功率测量和控制器两种工作方式。用功率测量方式时，“ＶＯＵＴ”与“ＶＳＥＴ”脚直接相连，此时输出电压与输入功率有效值的对数成正比，因而读数可以直接用ｄＢ表示。在控制器方式时，对ＲＦ 信号功率的实际取样电压值将从“ＶＳＥＴ”脚输入，可用来改变主系统放大器的增益，以使之保持在一个设置的水平上。 ＡＤ８３６２的“ＰＷＤＮ”脚在逻辑高电压信号控制时可进入休眠状态，此时，消耗电流将减少到２μＡ以下。芯片被低电平“唤醒”可在１μｓ内完成。ＡＤ８３６２的正常工作电流在＋２５℃条件下为１８ｍＡ。 图3 射频功率计电路 ４　实用功率计设计 根据实际需要，笔者以ＡＤ８３６２为中心设计了一个简单实用的吸收式射频小功率计，图３是其电路连接图。该功率计输入端采用ＨＰ公司的肖特基势垒二极管ＨＳＭＳ－８１０１作过载保护，ＡＤ８３６２的信号输入端设计成双端差分输入模式，并用Ｍｉｎｉ－Ｃｉｒ-ｃｕｉｔｓ公司的射频变压器Ｔ４－６Ｔ进行耦合，Ｔ４－６Ｔ的传输比为１２，这样，既便于阻抗匹配，又可以使ＡＤ８３６２输入端的信号功率提高３ｄＢ。 该功率计的显示驱动电路由单片机ＰＩＣ１６Ｃ７１及其外围电路组成，可驱动４只共阴极的ＬＥＤ数码管，以指示被测信号功率的ｄＢ数值（最高位显示符号在低于０ｄＢｍ时显示负号，大于等于０ｄＢｍ时不显示）。ＰＩＣ１６Ｃ７１是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司出品的８位低价微控制器，片内有Ａ、Ｂ两个８位双向Ｉ／Ｏ口，其中Ａ口的低４位可作为４个通道Ａ／Ｄ转换器的输入口。设计中，笔者用ＰＩＣ１６Ｃ７１的ＲＡ０作为Ａ／Ｄ输入端以采样ＡＤ８３６２的“ＶＯＵＴ”输出电压。该单片机的工作时钟为４ＭＨｚ，Ａ／Ｄ转换的时钟源采用片内ＲＣ振荡器，基准为芯片的＋５Ｖ电源电压。由于ＰＩＣ１６Ｃ７１单片机Ｉ／Ｏ口的单端驱动电流最大为２５ｍＡ，而一位数码管的８只ＬＥＤ同时发光的最大“位”电流约需４８ｍＡ，所以应将ＲＡ４～ＲＡ７进行扩展。可由４只三极管来完成ＬＥＤ的“位”驱动。而ＬＥＤ的７段显示、小数点的显示则可以直接由Ｂ口的ＲＢ０～ＲＢ７完成。 显示采用动态扫描方式进行每２０ｍｓ扫描一次，每个数码管轮流显示５ｍｓ。这样，由于人眼的“视觉暂留”效应，显示效果还是比较稳定的。 本射频功率计由于受耦合变压器Ｔ４－６Ｔ的频率限制，整机工作频率范围为２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ，功率测量范围为－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ，精度可达０．１ｄＢ。如果换用其它更合适的耦合变压器型号，则可以工作到更宽的频率范围，最高时可达２．７ＧＨｚ。