RMS功率計(jì)（工作功率100 MHz - 40 GHz）

Andy Mo ADI公司

簡(jiǎn)介

RMS響應(yīng)式RF功率計(jì)被廣泛用于測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用，用于精確測(cè)量具有不同波峰因素的信號(hào)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(cè)定和校準(zhǔn)；但要保持這種精度，就無法兼顧成本和尺寸。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（見附錄）構(gòu)建。

表1. 物料清單

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I2C接口，簡(jiǎn)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。

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來計(jì)算x，b和m的值則來自于校準(zhǔn)（詳見下方說明）。對(duì)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(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)。

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。可用的檢測(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。

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(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。

附錄：Linduino板采用的將ADC讀數(shù)轉(zhuǎn)化為dBm，以及驅(qū)動(dòng)顯示器的示例代碼

#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); //將LCD地址設(shè)置為0x3F，
顯示為20個(gè)字符和4行
int analogPin = 0; //設(shè)置模擬IN通道0
double val = 0;
double slope = 0.0285; //用電壓表示的每dB斜率
double xint = -39; //對(duì)數(shù)截距（dBm，5.8GHz時(shí)）
double power = 0.0;
double totalval=0.0;
void setup()
{
lcd.init(); //初始化lcd
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“LTC5596 RMS DETECTOR”);
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(“dBm”);
}
void loop()
{
for(int i=0;i {
val = analogRead(analogPin);
delay(10);
totalval= totalval + val;
}
totalval=totalval/20.0;
power = (totalval*0.0049/slope)+xint; //轉(zhuǎn)換為電壓值，
計(jì)算dBm
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print(power);
}

作者簡(jiǎn)介

Andy Mo是ADI公司的一名RF應(yīng)用工程師。在此之前，他作為RF電路設(shè)計(jì)應(yīng)用工程師，在凌力爾特（現(xiàn)在已成為ADI的一部分）工作了10多年。他擁有加州大學(xué)圣巴巴拉分校的電氣工程碩士學(xué)位，主修通信電子。聯(lián)系方式 andy.mo@analog.com 。