RF功率测量系统电路功能与优势
电路功能与优势
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。
通过软件校准的50 mhz至9 ghz rf功率测量系统 (cn0178)
电路描述
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）
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。
测试设置由adl5902-evalz和eval-ad7466cbz*估板组成，两者使用sma至smb适配器电缆相连。置于环境室内进行温度测试。*估控制板2(eval-control-brd2z)通过测试室门内的插槽连接至ad7466*估板；也就是adl5902和ad7466*估板位于测试室内部，*估控制板留在外部。控制板用于发送、接收和捕捉来自ad7466*估板的串行数据。ecb2并行端口连接至笔记本电脑。笔记本电脑用于加载、运行和查看ecb2上的ad7466*估软件。adl5902*估板所需的rf输入信号由rhode & schwarz smt-03 rf信号源提供。使用agilent e3631a电源为adl5902供电。有关详情请参见ad7466*估板原理图和adl5902数据手册。
常见变化
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。
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。
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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。
通过软件校准的50 mhz至9 ghz rf功率测量系统 (cn0178)
电路描述
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）
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。
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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。
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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
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测试设置由adl5902-evalz和eval-ad7466cbz*估板组成，两者使用sma至smb适配器电缆相连。置于环境室内进行温度测试。*估控制板2(eval-control-brd2z)通过测试室门内的插槽连接至ad7466*估板；也就是adl5902和ad7466*估板位于测试室内部，*估控制板留在外部。控制板用于发送、接收和捕捉来自ad7466*估板的串行数据。ecb2并行端口连接至笔记本电脑。笔记本电脑用于加载、运行和查看ecb2上的ad7466*估软件。adl5902*估板所需的rf输入信号由rhode & schwarz smt-03 rf信号源提供。使用agilent e3631a电源为adl5902供电。有关详情请参见ad7466*估板原理图和adl5902数据手册。
常见变化
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。
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。
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