rms响应式rf功率计被广泛用于测试和测量应用,用于精确测量具有不同波峰因素的信号的rf功率。这些价格高昂的连接设备的精度非常高,依赖于广泛的特性测定和校准;但要保持这种精度,就无法兼顾成本和尺寸。
具 35db 动态范围的 100mhz 至 40ghz 对数线性 rms 功率检波器 ltc5596 是一款功率在100 mhz 到40 ghz之间的rms响应式集成电路,成本更低,尺寸更小,检测范围在35 db或以上,可用于制造手持式宽带功率计,或者作为嵌入式功率计装入电路中。
ltc5596采用可控的线性db传递函数,具备出色的频率平坦度,易于校准 - 如单个中频两点校准一般基础的校准,在150 mhz至 30 ghz频率范围内,测量精度为±1 db。ltc5596具备低功耗(仅 100 mw)和集成特性,因此能够用在电路和手持式电源监控解决方案中。
图1中电源供电的示例可以说明这整套方案相当简单,其中,宽带rf功率计可使用已有的ltc5596演示电路(dc2158a)、i2c lcd显示器,以及运行短小的固件程序的dc2026c linduino 板构建。
图1. 完整的宽带rf功率计。
电路装配
图2显示了装配方案。linduino板的模拟in电池中包含多个adc输入,这里采用a0来作为示例介绍ltc5596检波器的输出。该显示器采用i 2 c接口,简化了与linduino板之间的连接。整个电路通过linduino板的辅助端口供电,包括ltc5596板和连接器。
图2. 连接图。
固件
所需的所有固件都在linduino板上运行。固件的主要功能是将测量到的模拟输入(v)转换为rf功率(dbm),并在lcd显示器上显示。为了做到这一点,我们建议用两点校准法,在ltc5596的线性传递函数上找到斜率和截点——以线性形式表示的vout和rf 功率:
其中,x表示输入功率(dbm),y表示ltc5596的输出电压(vout),与adc数字码成正比,m表示斜率,b表示x截点(vout达到0)。固件依据测量所得的y来计算x,b和m的值则来自于校准。对多个读数取平均值可以帮助最小化噪声带来的影响。
linduino的板载adc为10位分辨率,与约4.9 mv的lsb尺寸对应。ltc5596的典型斜率为28.5 mv/db,因此测量分辨率约为0.2 db。附录显示的固件代码示例在5.8 ghz下使用,用于显示输入功率 (dbm)。
校准
虽然ltc5596采用了线性db传递函数。但器件间差异会导致出现多个传递函数斜率和轴截点。由于传递函数是线性的,所以校准很简单,只需采用两点校准(如果需要,则采用多点校准)就可以确保准确性。
图3显示了针对一个典型的传递曲线的两点校准,该曲线是 5.8 ghz时ltc5596的曲线。这两点被用于求取斜率和x截点。
图3. ltc5596 vout与输入功率。选择的两个校准点应可以代表应用的工作 范围。
本例中,
这些斜率和截点值都被用于附录所示的数字码中。
线性误差
在数据手册中,对数截点是指图中的x截点。线性误差是指理想直线与检波器实际测量的功率之间的差异。可用的检测范围一般是指线性误差小于1 db的范围。因此,可以利用图4所示的x截点和斜率来计算误差,这显示的是采用两点校准时,系统能够达到的典型设备的线性误差。
图4. 校准之后,ltc5596的误差与输入功率。线性动态范围约为–40 dbm 至+3 dbm。
结论
ltc5596体积小、极为简单,且所需的功耗低,在100 mhz至 40 ghz范围内,可以实现精准的rf功率测量。它让完整的解决方案具备小巧、高效和精准的特点,足以满足手持便携式 rf 功率计的需求,甚至可以放入电路之内,作为嵌入式rf功率计。
由于ltc5596具备出色的线性db宽带传递函数,固件开销达到最低。两点校准可在单个中频带频率下进行,具有不错的准确度;也可以在多频率下进行,以提高准确度。
更重要的是,无论采用何种调制方式,ltc5596 rms检波器都能够准确测量功率。即使是简单的两点校准,结果也相当准确——不考虑调制波形的情况下,误差小于0.3 db。与之相反,其他价格高昂的商业设备则需要密集校准和特性测定。
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