图1所示电路测量450 MHz至6 GHz的任意RF频率下的峰值和rms功率，动态范围约为45 dB。测量结果转换为差分信号以便消除噪声，并通过串行接口和集成基准电压源在12位SAR ADC的输出端形成数字代码。在数字域中执行简单的两点校准。

 

ADL5502 是一款均值响应（true rms)功率检波器，内置包络检波器，可以精确地测量调制信号的波峰因数(CF)。它可以用于450 MHz至6 GHz的高频接收机和发射机信号链，包络带宽超过10 MHz。峰值保持功能允许利用较低采样速率的ADC捕获包络中的短峰值。该器件的总功耗仅为3 mA (3 V)。

 

The ADA4891-4 是一款高速、四通道、CMOS放大器，兼具高性能、低成本优势。每个放大器的功耗仅为4.4 mA (3 V)。该放大器具有单电源供电能力，输入电压范围可扩展至负供电轨以下300 mV。轨到轨输出级使输出摆幅可以达到各供电轨50 mV以内，以确保最大的动态范围。低失真和快速建立时间则使该器件成为此应用的理想选择。

 

AD7266 是一款双通道、12位、高速、低功耗的逐次逼近型ADC，采用2.7 V至5.25 V单电源供电，采样速率最高可达2 MSPS。这款器件内置两个ADC，两者之前均配有一个3通道多路复用器和一个能够处理30 MHz以上输入频率的低噪声、宽带宽采样保持放大器。功耗仅为3 mA (3 V)。此外还内置一个2.5 V基准电压源。

 

电路采用ADP121的+3.3 V单电源供电，ADP121是一款低静态电流、低压差线性调节器，采用2.3 V至5.5 V电源供电，最大输出电流为150 mA。驱动150 mA负载时压差仅为135 mV，这种低压差特性不仅可改善功效，而且能使器件在很宽的输入电压范围内工作。满载时静态电流低至30 μA，因此ADP121非常适合电池供电的便携式设备使用。

 

ADP121可提供1.2 V至3.3 V范围内的输出电压，其性能经过优化，采用1 μF小型陶瓷输出电容可实现稳定工作。ADP121具有出色的瞬态响应性能，所占电路板面积极小。短路保护和热过载保护电路可以防止器件在不利条件下受损。ADP121提供5引脚TSOT和4引脚、0.4 mm间距无卤素WLCSP两种小型封装，是适合各种便携式应用的业界最小尺寸解决方案。

 

图1.高速、低功耗、波峰因数、峰值和功率测量系统（简化示意图：未显示去耦和所有连接）

经测量的RF信号加在ADL5502上，RF输入端的75 Ω端接电阻与ADL5502的输入阻抗并联，提供50 Ω宽带匹配。更精确的电阻性或电抗性匹配可用于窄频带应用（参见ADL5502数据手册的“RF输入接口”部分）。

 

ADL5502的内部滤波器电容提供平方域内的平均值，但在输出端保留残余交流信号。高峰均比信号（例如W-CDMA或CDMA2000）可在ADL5502 VRMS直流输出端产生交流残余电平。为减少这些低频成分对波形形成的影响，需要一些额外的滤波处理。ADL5502的内部平方域滤波器电容可通过在引脚1 (FLTR)与引脚2 (VPOS)之间连接CFLTR电容来增强。交流残余电平则通过对VRMS输出增加电容来进一步减少。内部100 Ω输出电阻与添加的输出电容共同形成低通滤波器，从而减少VRMS输出端的输出纹波（更多信息请参见ADL5502数据手册的“选择平方域滤波器”和“输出低通滤波器”部分）。

 

要测量波形峰值，必须将控制线(CNTL)暂时设定为逻辑高电平（复位模式>1 μs），然后返回逻辑低电平（峰值保持模式）。这样便可将ADL5502初始化至已知状态。将器件设定为测量峰值时，应切换峰值保持模式，且在此期间输入rms功率和波峰因数(CF)不会改变。

 

如果ADL5502处于峰值保持模式，且CF从高变为低，或者输入功率从高变为低，则会报告错误峰值测量结果。ADL5502仅报告峰值保持模式启动，输入功率或CF较高时发生的最高峰值。除非CNTL复位，否则PEAK输出不会反映信号内的最新峰值。

 

ADL5502能够提供大约3 mA的VRMS输出电流。输出电流通过片内100 Ω串联电阻提供；因此，任何负载电阻都会利用该片内电阻形成分压器。建议用ADL5502 VRMS输出驱动高阻性负载，从而维持输出摆幅。如果应用需要驱动低电阻负载（以及需要增加标称转换增益的情况），则需要缓冲电路。

 

PEAK输出专为驱动2 pF负载而设计。建议用ADL5502 PEAK输出驱动低容性负载，从而实现完整输出响应时间。当在下降转换期间跟踪包络时，较大容性负载的效应尤其明显。当包络处于下降转换中，负载电容通过1.9 kΩ的片内负载电阻放电。如果无法避免使用较大容性负载，可通过将PEAK输出端的分流电阻接地抵消额外电容，从而实现快速放电。该分流电阻可以使ADL5502流过更高的电流，不应低于500 Ω。

图2至图5中显示了该电路的典型测量性能特征。

图2.测得的VRMS输出与输入电平（对数比例）的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

 

图3.测得的VRMS输出与输入电平（线性比例）的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

 

图4.测得的PEAK输出与输入电平（对数比例）的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

图5.测得的PEAK输出与输入电平（线性比例）的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

开启时间和脉冲响应明显受平方域滤波器大小( _FLTR)和连接至VRMS输出的输出分流电容影响。图6（摘自ADL5502数据手册）显示输出响应与RFIN引脚上RF脉冲之间的曲线图，带0.1 μF输出滤波器电容，无平方域滤波器电容(C _FLTR)下降沿明显与输出分流电容相关。

 

图6.输出响应与各种RF输入脉冲电平的关系，3 V电源， 900 MHz频率，平方域滤波器开启，0.1 μF输出滤波器

 

要改善使能和脉冲响应的下降沿，可与输出分流电容并联放置电阻。添加的电阻有助于输出滤波器电容的放电。尽管该方法缩短了关断时间，但添加的负载电阻也会衰减输出（参见ADL5502数据手册的“输出驱动能力”和“缓冲”部分）。图7（摘自ADL5502数据手册）显示通过添加1 kΩ并联电阻实现的改良。

 

图7.输出响应与各种RF输入脉冲电平的关系，3 V电源， 900 MHz频率，平方域滤波器开启，0.1 μF输出滤波器及1 kΩ并联电阻

 

ADL5502的RMS和PEAK输出经过单位增益缓冲器，后者驱动交叉耦合级，将单端输出转换为差分信号。AD7266的+2.5 V内部基准电压源（通过D _CAPA 和 D _CAPB pins)引脚连接）则经过另一个单位增益缓冲器和分压器，这样，网络共模电压即设定为+1.25 V。

 

AD7266可实现RMS和PEAK输出的同时采样，并在1 μs响应时间内传输数据。数据通过单一串行数据线提供。由于斜率和截距随器件而改变，必须执行板级校准以实现高精度。一般而言，通过向ADL5502施加两个输入功率电平并测量相应的输出电压来执行校准。选择的校准点一般应在器件线性工作范围内，最佳拟合线通过下式计算转换增益（或斜率）和截距来表征：

其中：

V_IN RFIN的rms
V_VRMSVRMS的电压输出。

计算增益和截距后，可得到一个公式，进而根据测量的输出电压计算（未知）输入功率。

对于理想（已知）输入功率，测得的数据的法则一致性误差可计算如下：

图8和图9显示了25°C时VRMS与PEAK误差曲线图，这是校准ADL5502时的温度。注意，该误差不为零，这是因为即使ADL5502在其工作区域内，也无法完全符合理想线性公式。然而，通过适当的调整，可以使校准点处的误差等于零。

图8.测得的VRMS线性度误差与输入电平的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

图9.测得的PEAK线性度误差与输入电平的关系，450 MHz、900 MHz、1900 MHz、2350 MHz、2600 MHz，+3.3 V电源

已知VRMS和PEAK输出特征（斜率和截距）时，便可完成CF计算的校准。测量和计算任何波形的波峰因数必须采用三级过程。首先，必须将未知信号施加于RF输入，并测量相应的VRMS电平。该电平在图10中表示为V _VRMS-UNKNOWNRF输入 input, V _IN使用V _VRMS-UNKNOWN和公式3计算。

图10.波峰因数计算程序

接下来，使用V _IN 计算PEAK、VPEAK-CW的CW基准电平（即输入波形是CW信号时看到的输出电压）。

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）。

本电路使用EVAL-CN0187-SDPZ电路板和EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台(SDP)评估板。这两片板提供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-CN0187-SDPZ板包含要评估的电路，如本笔记所述。SDP评估板与CN0187评估软件一起使用，可从EVAL-CN0187-SDPZ电路板获取数据。


设备要求

• 带USB端口的Windows® XP、Windows Vista®（32位）或Windows® 7（32位）PC
• EVAL-CN0187-SDPZ电路评估板
• EVAL-SDP-CB1Z SDP评估板
• CN0187评估软件
• 电源电压：+6 V或+6 V壁式电源适配器
• RF信号源
• 带SMA连接器的同轴RF电缆

开始使用

 

一旦USB通信建立，就可以使用SDP板来发送、接收、捕捉来自EVAL-CN0187-SDPZ板的串行数据。

 

本电路笔记中的数据通过Rohde & Schwarz SMT-03 RF信号源和Agilent E3631A电源产生。信号源设定为图表所示频率，输入功率按1 dB步进，数据按1 dB增量记录。

 

有关如何使用评估软件来捕捉数据的详细信息，请参阅CN0187评估软件Readme文件。

 

有关SDP板的信息，请参阅SDP用户指南。

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