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发视频CN0150 利用对数检波器AD8318构建软件校准的1 MHz至8 GHz、70 dB RF功率测量系统
2021-06-03 |
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资料介绍
CN0150 AD7887是一款双通道、12位ADC，配有SPI接口。如果最终应用只需一个通道，则可以使用12位AD7495。在需要多个ADC和DAC通道的多通道应用中，可以使用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转换后，可通过I2C兼容接口读取。
利用外部ADC基准电压源可以改善该电路的温度稳定性。AD7887的2.5 V内置基准电压源具有50 ppm/°C漂移，在125°C温度范围内漂移约15 mV。检波器的斜率为?24 mV/dB，因此该ADC基准电压漂移将为预期温度漂移误差贡献大约±0.3 dB。在类似的温度范围内，AD8318的温度漂移约为±0.5 dB（具体取决于频率，详情参见AD8318数据手册）。
如果使用外部基准电压源，建议考虑2.5 V基准电压源ADR421 。它的温度漂移为1 ppm/°C；在?40°C至+85°C范围内，基准电压变化只有312 μV，这对系统整体温度稳定性的影响可以忽略不计。.
如果动态范围要求较低，可以使用 AD8317 (55 dB) 或AD8319 (45 dB) 对数检波器。 本电路使用EVAL-CN0150A-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-CN0150A-SDPZ板包含待评估电路，如本笔记所述。SDP评估板与CN0150A评估软件一起使用，可从EVAL-CN0150A-SDPZ电路板获取数据。
设备要求
带USB端口和Windows? XP、Windows Vista?（32位）或Windows 7（32位）的PC
EVAL-CN0150A-SDPZ电路评估板
EVAL-SDP-CB1Z SDP评估板
CN0150A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CN0150A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-CN150A-SDPZ-SCH-Rev0.pdf文件。此文件位于CN0150设计支持包中。
设置
将EVAL-CN0150A-SDPZ电路板上的120引脚连接器连接到EVAL-SDP-CB1Z评估板(SDP)上的CON A连接器。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-CN0150A-SDPZ板。在断电情况下，将一个6 V电源连接到电路板上的+6V和GND引脚。如果有6 V壁式电源适配器，可将其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-CN0150A-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-CN0150A-SDPZ板的串行数据。
使用Test Equity Model 107环境腔进行温度测试。EVAL-CN0150A-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CN0150A评估软件Readme文件。
有关SDP板的信息，请参阅SDP用户指南。 将受测的RF信号施加于AD8318。该器件配置为所谓的“测量模式”，引脚VSET与VOUT相连。这种模式下，输出电压与输入信号电平呈线性dB关系（标称值为?24 mV/dB），典型输出电压范围为0.5 V至2.1 V。
AD8318的输出直接连到12位ADC AD7887。该ADC使用自己的内部基准电压源，输入范围配置为0 V至2.5 V，因此LSB大小为610 μV。当RF检波器提供标称值?24 mV/dB的斜率时，数字分辨率为39.3 LSB/dB。由于分辨率如此高，因此调整来自RF检波器的0.5 V至2.1 V信号，以便恰好符合ADC的0 V至2.5 V范围并无多大意义。
该检波器的传递函数可以近似表示为以下方程式：?
其中，SLOPE 为斜率，单位mV/dB（标称值?24 mV/dB）；Intercept为y轴截距，单位dBm（标称值20 dBm）；PIN 为输入功率，单位dBm。图2给出了检波器输出电压与输入功率的典型关系图。
图2. AD8318输出电压与输入信号的典型关系
?
在ADC的输出端，该方程式可以表示为：?
其中，SLOPE_ADC为码数/dBm，PIN 和Intercept 均用dBm表示。图3以输入功率与所观察到的ADC码的关系显示典型的检波器功率扫描情况。
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).
利用两个已知输入功率水平（PIN_1和PIN_2）及所观察到的对应ADC码（CODE_1和CODE_2），便可以通过下式计算SLOPE_ADC和Intercept：?
在工厂校准过程中计算并存储SLOPE_ADC和Intercept 之后（存储在非易失性RAM中），就可以利用它们通过下式计算设备在现场工作时的未知输入功率水平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为ADC输出码；SLOPE_ADC 为所存储的ADC斜率，单位为码数/dBm；Intercept为所存储的斜率；PIN_TRUE为实际输入功率。
图3至图8显示一个RF功率测量系统使用AD8318和AD7887BR所能获得的系统性能。图中曲线反映的是RF输入功率(dBm)与ADC输出码和输出误差(dBm)的关系。生成这些曲线所用的数据是在各种输入功率电平、频率、温度以及使用ADC内部或外部基准电压源下测得的。从这些图还可以看出：当ADC使用低漂移外部基准电压源时，可以提高系统性能并降低温度所引起的漂移。关于使用外部基准电压源的更多详细信息，请参阅“常见变化”部分。
有关本电路笔记的完整设计支持包，请访问www.analog.com/CN0150-DesignSupport。
图3. 输入 = 900 MHz，ADC使用2.5 V内部基准电压源
?
图4. 输入 = 900 MHz，ADC使用2.5 V外部基准电压源
?
图5. 输入 = 1.9 GHz，ADC使用2.5 V内部基准电压源
?
图6. 输入 = 1.9 GHz，ADC使用2.5 V外部基准电压源
?
图7. 输入 = 2.2 GHz，ADC使用2.5 V内部基准电压源
?
图8. 输入 = 2.2 GHz，ADC使用2.5 V外部基准电压源
? CN0150 利用对数检波器AD8318构建软件校准的1 MHz至8 GHz、70 dB RF功率测量系统 本电路用于测量1 MHz至8 GHz频率的RF功率，测量范围约为60 dB。测量结果作为数字码在一个12位ADC的输出端提供，该ADC配有串行接口和集成基准电压源。RF检波器的输出端可与ADC实现无缝接口，并使用ADC的大部分输入范围，而无需进一步调整。在数字域执行简单的2点系统校准。
对于1 MHz至6 GHz信号，AD8318 能保持精确的对数一致性，并能在最高8 GHz下工作。典型输入范围为60 dB (re: 50 Ω)，误差小于±1 dB。AD8318的响应时间为10 ns，能够检测45 MHz以上的RF突发脉冲。在整个温度范围内，该器件具有极佳的对数截距稳定性(±0.5 dB)。
通过片内控制寄存器可将AD7887配置为单通道或双通道工作模式。在默认的单通道模式下，AD7887可作为只读ADC工作，从而简化控制逻辑。
所示数据为两个器件在?40°C至+85°C温度范围内工作的情况。
图1. 软件校准的RF测量系统（原理示意图：未显示去耦和所有连接）
? CN0150 本电路用于测量1 MHz至8 GHz频率的RF功率，测量范围约为60 dB。测量结果作为数字码在一个12位ADC的输出端提供，该ADC配有串行接口和集成基准电压源。RF检波器的输出端可与ADC实现无缝接口，并使用ADC的大部分输入范围，而无需进一步调整。在数字域执行简单的2点系统校准。
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