CN0178 通过软件校准的50 MHz至9 GHz RF功率测量系统

CN0178 对于需要较小RF检波范围的应用，可以使用 AD8363 均方根检波器。AD8363检波范围为50 dB，工作频率最高达6 GHz。对于非均方根检波应用，可使用AD8317/AD8318/ AD8319或 ADL5513 。这些器件提供不同的检波范围，输入频率范围最高达10 GHz（有关详情参见 CN-0150）。 AD7466是单通道12位ADC，采用SPI接口。如果终端应用需要多通道ADC，可使用双通道12位AD7887 。在需要多个ADC和DAC通道的多通道应用中，可使用AD7294 。除提供四路12位DAC输出外，这款子系统芯片还含有4个非专用ADC通道、2路高端电流检测输入和3个温度传感器。电流和温度测量结果经过数字化转换后，可通过I2C 兼容接口读取。 本电路使用EVAL-CN0178-SDPZ电路板和EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台(SDP)评估板。这两片板具有120引脚的对接连接器，可以快速完成设置并评估电路性能。EVAL-CN0178-SDPZ板包含待评估电路，如本笔记所述。SDP评估板与CN0178评估软件一起使用，可从EVAL-CN0178-SDPZ电路板获取数据。 设备要求 带USB端口且运行Windows® XP、Windows Vista®（32位）或Windows® 7（32位）的PC EVAL-CN0178-SDPZ 电路评估板 EVAL-SDP-CB1Z SDP 评估板 CN0178 评估软件 电源：+6 V或+6 V“壁式电源适配器” 环境腔 RF 信号源 带SMA连接器的同轴RF电缆  开始使用 将CN0178评估软件光盘放进PC的光盘驱动器，加载评估软件。打开“我的电脑”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开Readme文件。按照Readme文件中的说明安装和使用评估软件。 功能框图 电路功能框图参见本电路笔记的图1，电路原理图参见“EVAL-CN0178-SDPZ-SCH-Rev0.pdf”文件。此文件位于CN0178设计支持包中。 设置 EVAL-CN0178-SDPZ电路板上的120引脚连接器连接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP)评估板上标有“CON A”的连接器。应使用尼龙五金配件，通过120引脚连接器两端的孔牢牢固定这两片板。利用合适的RF电缆，通过SMA RF输入连接器将RF信号源连接到EVAL-CN0178-SDPZ板。在断电情况下，将一个+6 V电源连接到板上标有“+6 V”和“GND”的引脚。如果有+6 V“壁式电源适配器”，可以将它连接到板上的管式连接器，代替+6 V电源。SDP板附带的USB电缆连接到PC上的USB端口。注意：此时请勿将该USB电缆连接到SDP板上的微型USB连接器。 测试 为连接到EVAL-CN0178-SDPZ电路板的+6 V电源（或“壁式电源适配器”）通电。启动评估软件，并通过USB电缆将PC连接到SDP板上的微型USB连接器。 一旦USB通信建立，就可以使用SDP板来发送、接收、捕捉来自EVAL-CN0178-SDPZ板的串行数据。 本电路笔记中的数据是利用Rohde & Schwarz SMT-03 RF信号源和Agilent E3631A电源产生的。信号源设置为图中所示的频率，以1 dB的增量逐步调整输入功率并记录数据。 使用Test Equity Model 107环境腔进行温度测试。CN0178-SDPZ评估板通过测试腔门上的插槽放入腔中，SDP评估板向外延伸。 有关如何使用评估软件来捕捉数据的详细信息，请参阅CN0178评估软件Readme文件。 有关SDP板的信息，请参阅SDP用户指南。 测量的RF信号施加于ADL5902的输入端，即dB线性rms响应均方根检波器。外部60.4 Ω电阻R3结合ADL5902的较高输入阻抗，确保宽带50 Ω与RF输入匹配。ADL5902以所谓的“测量模式”配置，VSET和VOUT引脚相连。在此模式下，输出电压与输入均方根值的对数成比例。换言之，读数以分贝值直接呈现，每到十倍调整至1.06 V，或者53 mV/dB。 AD7466 12位ADC的电源电压和基准电压由ADL5902内部2.3 V基准电压源提供。由于AD7466消耗的电流极少（以10 kSPS采样时仅为16 μA），ADL5902的基准电压输出足以向ADC以及由R9、R10、R11、R12组成的温度补偿和均方根精度调整网络供电。 ADC满量程电压等于2.3 V。最大检波器输出电压（在线性输入范围内工作时）约为3.5 V（参见ADL5902数据手册图6、7、8、12、13及14），因此在驱动AD7466前必须降低0.657倍。这个降低过程通过简单的电阻分压器R10和R11（1.21 kΩ和2.0 kΩ）来实现。以上数值可实现0.623的实际比例因子，通过建立电阻容差余量确保ADL5902 RF检波器不会过驱ADC。 图2显示的是检波器输出电压与输入功率的典型曲线（无输出调整）。 图2. ADL5902均方根检波器在900 MHz时的输出电压与输入功率的关系   该检波器的传递函数可通过以下公式计算近似值： VOUT = SLOPE_DETECTOR × (PIN − INTERCEPT) 其中SLOPE_DETECTOR是检波器斜率，单位为mV/dB；INTERCEPT 是x轴截距，单位为dBm；PIN是输入功率，单位为dBm。 在ADC输出端，VOUT由ADC输出代码取代，公式可改写为： CODE = SLOPE × (PIN − INTERCEPT) 其中 SLOPE 是检波器、调整电阻及ADC的组合斜率，单位为次/dB； PIN 和 INTERCEPT 单位仍为dBm。 图3显示的是典型检波器输入功率的功率扫描以及在700 MHz输入信号下观察到的ADC输出代码。 图3. 700 MHz下的ADC输出代码及误差与RF输入功率的关系   总体斜率和截距随系统的不同而变化，该变化是由RF检波器、调整电阻和ADC传递函数的器件间差异造成的。因此需要系统级校准以确定整个系统的斜率和截距。本应用中，使用4点校准校正RF检波器传递函数内的某些非线性，特别是在低端位置。该4点校准方案产生三个斜率和三个截距校准系数，这些数值在校准后应存储在非易失RAM (NVM)内。 通过向ADL5902施加四个已知信号电平执行校准，从ADC测量相应的输出代码。选择的校准点应在器件线性工作范围内。本例中，校准点位于0 dBm、−20 dBm、−45 dBm及−58 dBm。 斜率和截距校准系数通过以下公式计算： SLOPE1 = ( CODE _1 – CODE_2)/(PIN_1 − PIN_2) INTERCEPT1= CODE_1/(SLOPE_ADC × PIN_1) 接着使用CODE_2/CODE_3和CODE_3/CODE_4重复计算，分别得出SLOPE2/INTERCEPT2和SLOPE3/INTERCEPT3。六个校准系数应与CODE_1、CODE_2、CODE_3、CODE_4一起存储在NVM内。 当电路在现场工作时，这些校准系数用于计算未知的输入功率电平PIN，公式如下： PIN = (CODE/SLOPE) + INTERCEPT 为了在电路工作期间获得适当的斜率和截距校准系数，从ADC观察到的CODE必须与CODE_1、CODE_2、CODE_3、CODE_4进行比较。例如，如果来自ADC的CODE在CODE_1与CODE_2之间，则应使用SLOPE1和INTERCEPT1。该步骤还可用于提供欠量程或超量程警告。例如，如果来自ADC的CODE大于CODE_1或小于CODE_4，表示测得的功率在校准范围以外。 图3还显示了电路传递函数变化与以上直线公式的关系。该误差函数由传递函数边沿弯曲、线性工作范围内的小纹波以及温度漂移造成。误差以dB表示，公式如下： 误差 (dB) = 计算的RF功率 − 实际输入功率 = (CODE/SLOPE) + INTERCEPT – PIN_TRUE 图3还包括了误差与温度的关系曲线。本例中，将在+85°C和−40°C下测得的ADC代码与环境温度下的直线公式进行比较。该方法与现实系统一致，系统校准一般只能在环境温度下进行。 图4和图5分别显示电路在1 GHz和2.2 GHz下的性能。 图4. 1 MHz下的ADC输出代码及误差与RF输入功率的关系   图5. 2.2 MHz下的ADC输出代码及误差与RF输入功率的关系   该电路或任何高速电路的性能都高度依赖于适当的PCB布局，包括但不限于电源旁路、受控阻抗线路（如需要）、元件布局、信号布线以及电源层和接地层。（有关PCB布局的详情，请参见 MT-031教程, MT-101教程 和 高速印刷电路板布局实用指南 一文 。） CN0178 CN0178 通过软件校准的50 MHz至9 GHz RF功率测量系统 该电路使用 ADL5902 TruPwr™ 检波器测量RF信号的均方根信号强度，信号波峰因素（峰值均值比）在约65 dB的动态范围内变化，工作频率为50 MHz至9 GHz。 测量结果在12位ADC(AD7466)输出端以串行数据形式提供。在数字域中针对环境温度执行简单的4点系统校准。 RF检波器与ADC之间的接口很简单，由两个信号调整电阻组成，无有源元件。此外，ADL5902内部2.3 V基准电压为微功耗ADC提供电源和基准电压。AD7466无流水线延迟，可作为只读SAR ADC。 整个电路实现了约±0.5 dB的温度稳定性。 显示的数据是针对在−40°C至+85°C温度范围内工作的两个器件。 图1. 通过软件校准的RF功率测量系统   CN0178 | circuit note and reference circuit info 通过软件校准的50 MHz至9 GHz RF功率测量系统 | Analog Devices CN0178 该电路使用 ADL5902 TruPwr™ 检波器测量RF信号的均方根信号

• 宽带频率范围：50MHz至9GHz
• 动态范围：65 dB
• 计算波峰因数、RMS和峰值信号电平

(analog)