CN0150 利用對(duì)數(shù)檢波器AD8318構(gòu)建軟件校準(zhǔn)的1 MHz至8 GHz、70 dB RF功率測(cè)量系統(tǒng)

CN0150 AD7887是一款雙通道、12位ADC，配有SPI接口。如果最終應(yīng)用只需一個(gè)通道，則可以使用12位AD7495。在需要多個(gè)ADC和DAC通道的多通道應(yīng)用中，可以使用AD7294。除提供四路12位DAC輸出外，這款子系統(tǒng)芯片還含有4個(gè)非專用ADC通道、2路高端電流檢測(cè)輸入和3個(gè)溫度傳感器。電流和溫度測(cè)量結(jié)果經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換后，可通過I2C兼容接口讀取。 利用外部ADC基準(zhǔn)電壓源可以改善該電路的溫度穩(wěn)定性。AD7887的2.5 V內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源具有50 ppm/°C漂移，在125°C溫度范圍內(nèi)漂移約15 mV。檢波器的斜率為?24 mV/dB，因此該ADC基準(zhǔn)電壓漂移將為預(yù)期溫度漂移誤差貢獻(xiàn)大約±0.3 dB。在類似的溫度范圍內(nèi)，AD8318的溫度漂移約為±0.5 dB（具體取決于頻率，詳情參見AD8318數(shù)據(jù)手冊(cè)）。 如果使用外部基準(zhǔn)電壓源，建議考慮2.5 V基準(zhǔn)電壓源ADR421 。它的溫度漂移為1 ppm/°C；在?40°C至+85°C范圍內(nèi)，基準(zhǔn)電壓變化只有312 μV，這對(duì)系統(tǒng)整體溫度穩(wěn)定性的影響可以忽略不計(jì)。. 如果動(dòng)態(tài)范圍要求較低，可以使用 AD8317 (55 dB) 或AD8319 (45 dB) 對(duì)數(shù)檢波器。 本電路使用EVAL-CN0150A-SDPZ電路板和EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(tái)(SDP)評(píng)估板。這兩片板具有120引腳的對(duì)接連接器，可以快速完成設(shè)置并評(píng)估電路性能。EVAL-CN0150A-SDPZ板包含待評(píng)估電路，如本筆記所述。SDP評(píng)估板與CN0150A評(píng)估軟件一起使用，可從EVAL-CN0150A-SDPZ電路板獲取數(shù)據(jù)。 設(shè)備要求 帶USB端口和Windows? XP、Windows Vista?（32位）或Windows 7（32位）的PC EVAL-CN0150A-SDPZ電路評(píng)估板 EVAL-SDP-CB1Z SDP評(píng)估板 CN0150A評(píng)估軟件 電源：6 V或6 V壁式電源適配器 環(huán)境腔 RF信號(hào)源 帶SMA連接器的同軸RF電纜 開始使用 將CN0150A評(píng)估軟件光盤放進(jìn)PC的光盤驅(qū)動(dòng)器，加載評(píng)估軟件。打開我的電腦，找到包含評(píng)估軟件光盤的驅(qū)動(dòng)器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評(píng)估軟件。 功能框圖 電路功能框圖參見本電路筆記的圖1，電路原理圖參見EVAL-CN150A-SDPZ-SCH-Rev0.pdf文件。此文件位于CN0150設(shè)計(jì)支持包中。 設(shè)置 將EVAL-CN0150A-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z評(píng)估板(SDP)上的CON A連接器。使用尼龍五金配件，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。利用合適的RF電纜，通過SMA RF輸入連接器將RF信號(hào)源連接到EVAL-CN0150A-SDPZ板。在斷電情況下，將一個(gè)6 V電源連接到電路板上的+6V和GND引腳。如果有6 V壁式電源適配器，可將其連接到板上的管式連接器，代替6 V電源。SDP板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。注意：此時(shí)請(qǐng)勿將該USB電纜連接到SDP板上的微型USB連接器。 測(cè)試 為連接到EVAL-CN0150A-SDPZ電路板的6 V電源（或壁式電源適配器）通電。啟動(dòng)評(píng)估軟件，并通過USB電纜將PC連接到SDP板上的微型USB連接器。 一旦USB通信建立，就可以使用SDP板來發(fā)送、接收、捕捉來自EVAL-CN0150A-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)。 使用Test Equity Model 107環(huán)境腔進(jìn)行溫度測(cè)試。EVAL-CN0150A-SDPZ評(píng)估板通過測(cè)試腔門上的插槽放入腔中，SDP評(píng)估板向外延伸。 有關(guān)如何使用評(píng)估軟件來捕捉數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱CN0150A評(píng)估軟件Readme文件。 有關(guān)SDP板的信息，請(qǐng)參閱SDP用戶指南。 將受測(cè)的RF信號(hào)施加于AD8318。該器件配置為所謂的“測(cè)量模式”，引腳VSET與VOUT相連。這種模式下，輸出電壓與輸入信號(hào)電平呈線性dB關(guān)系（標(biāo)稱值為?24 mV/dB），典型輸出電壓范圍為0.5 V至2.1 V。 AD8318的輸出直接連到12位ADC AD7887。該ADC使用自己的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，輸入范圍配置為0 V至2.5 V，因此LSB大小為610 μV。當(dāng)RF檢波器提供標(biāo)稱值?24 mV/dB的斜率時(shí)，數(shù)字分辨率為39.3 LSB/dB。由于分辨率如此高，因此調(diào)整來自RF檢波器的0.5 V至2.1 V信號(hào)，以便恰好符合ADC的0 V至2.5 V范圍并無多大意義。 該檢波器的傳遞函數(shù)可以近似表示為以下方程式：? 其中，SLOPE 為斜率，單位mV/dB（標(biāo)稱值?24 mV/dB）；Intercept為y軸截距，單位dBm（標(biāo)稱值20 dBm）；PIN 為輸入功率，單位dBm。圖2給出了檢波器輸出電壓與輸入功率的典型關(guān)系圖。 圖2. AD8318輸出電壓與輸入信號(hào)的典型關(guān)系 ? 在ADC的輸出端，該方程式可以表示為：? 其中，SLOPE_ADC為碼數(shù)/dBm，PIN 和Intercept 均用dBm表示。圖3以輸入功率與所觀察到的ADC碼的關(guān)系顯示典型的檢波器功率掃描情況。 Because the slope and intercept of the system vary from device to device, a system level calibration is required. A calibration is performed by applying two known signal levels close to the endpoints of the AD8318 linear input range and measuring the corresponding output codes from the ADC. The calibration points chosen should be well within the linear operating range of the device (?10 dBm and ?50 dBm in this case). 利用兩個(gè)已知輸入功率水平（PIN_1和PIN_2）及所觀察到的對(duì)應(yīng)ADC碼（CODE_1和CODE_2），便可以通過下式計(jì)算SLOPE_ADC和Intercept：? 在工廠校準(zhǔn)過程中計(jì)算并存儲(chǔ)SLOPE_ADC和Intercept 之后（存儲(chǔ)在非易失性RAM中），就可以利用它們通過下式計(jì)算設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)的未知輸入功率水平PIN：? Figure 3 through Figure 8 show how the system transfer function deviates from this straight line equation, particularly at the endpoints of the transfer function. This deviation is expressed in dB using the equation 其中，CODE_OUT為ADC輸出碼；SLOPE_ADC 為所存儲(chǔ)的ADC斜率，單位為碼數(shù)/dBm；Intercept為所存儲(chǔ)的斜率；PIN_TRUE為實(shí)際輸入功率。 圖3至圖8顯示一個(gè)RF功率測(cè)量系統(tǒng)使用AD8318和AD7887BR所能獲得的系統(tǒng)性能。圖中曲線反映的是RF輸入功率(dBm)與ADC輸出碼和輸出誤差(dBm)的關(guān)系。生成這些曲線所用的數(shù)據(jù)是在各種輸入功率電平、頻率、溫度以及使用ADC內(nèi)部或外部基準(zhǔn)電壓源下測(cè)得的。從這些圖還可以看出：當(dāng)ADC使用低漂移外部基準(zhǔn)電壓源時(shí)，可以提高系統(tǒng)性能并降低溫度所引起的漂移。關(guān)于使用外部基準(zhǔn)電壓源的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱“常見變化”部分。 有關(guān)本電路筆記的完整設(shè)計(jì)支持包，請(qǐng)?jiān)L問www.analog.com/CN0150-DesignSupport。 圖3. 輸入 = 900 MHz，ADC使用2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源 ? 圖4. 輸入 = 900 MHz，ADC使用2.5 V外部基準(zhǔn)電壓源 ? 圖5. 輸入 = 1.9 GHz，ADC使用2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源 ? 圖6. 輸入 = 1.9 GHz，ADC使用2.5 V外部基準(zhǔn)電壓源 ? 圖7. 輸入 = 2.2 GHz，ADC使用2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源 ? 圖8. 輸入 = 2.2 GHz，ADC使用2.5 V外部基準(zhǔn)電壓源 ? CN0150 利用對(duì)數(shù)檢波器AD8318構(gòu)建軟件校準(zhǔn)的1 MHz至8 GHz、70 dB RF功率測(cè)量系統(tǒng) 本電路用于測(cè)量1 MHz至8 GHz頻率的RF功率，測(cè)量范圍約為60 dB。測(cè)量結(jié)果作為數(shù)字碼在一個(gè)12位ADC的輸出端提供，該ADC配有串行接口和集成基準(zhǔn)電壓源。RF檢波器的輸出端可與ADC實(shí)現(xiàn)無縫接口，并使用ADC的大部分輸入范圍，而無需進(jìn)一步調(diào)整。在數(shù)字域執(zhí)行簡(jiǎn)單的2點(diǎn)系統(tǒng)校準(zhǔn)。 對(duì)于1 MHz至6 GHz信號(hào)，AD8318 能保持精確的對(duì)數(shù)一致性，并能在最高8 GHz下工作。典型輸入范圍為60 dB (re: 50 Ω)，誤差小于±1 dB。AD8318的響應(yīng)時(shí)間為10 ns，能夠檢測(cè)45 MHz以上的RF突發(fā)脈沖。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，該器件具有極佳的對(duì)數(shù)截距穩(wěn)定性(±0.5 dB)。 通過片內(nèi)控制寄存器可將AD7887配置為單通道或雙通道工作模式。在默認(rèn)的單通道模式下，AD7887可作為只讀ADC工作，從而簡(jiǎn)化控制邏輯。 所示數(shù)據(jù)為兩個(gè)器件在?40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)工作的情況。 圖1. 軟件校準(zhǔn)的RF測(cè)量系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） ? CN0150 本電路用于測(cè)量1 MHz至8 GHz頻率的RF功率，測(cè)量范圍約為60 dB。測(cè)量結(jié)果作為數(shù)字碼在一個(gè)12位ADC的輸出端提供，該ADC配有串行接口和集成基準(zhǔn)電壓源。RF檢波器的輸出端可與ADC實(shí)現(xiàn)無縫接口，并使用ADC的大部分輸入范圍，而無需進(jìn)一步調(diào)整。在數(shù)字域執(zhí)行簡(jiǎn)單的2點(diǎn)系統(tǒng)校準(zhǔn)。

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