AD8361—0.1～2.5GHz真功率有效值響應(yīng)器件及其使用方法

摘要：AD8361是ADI公司最表推出的一種射頻（RF）真功率檢測(cè)集成電路，綜是一個(gè)在單片IC上實(shí)現(xiàn)用有效值度量RF功率的器件。介紹了它的檢測(cè)原理及使用方法。

凡是檢測(cè)一個(gè)信號(hào)的真功率有效值（RMS）都要雪結(jié)到檢測(cè)該信號(hào)的電壓有效值上來(lái)。而檢測(cè)電壓有效值的傳統(tǒng)方法是通過(guò)二極管平方律檢波電路或熱電耦合熱裝置來(lái)完成的。這兩種方法各自都有較多的缺點(diǎn)，很難做到精確測(cè)量，而且線性和溫度穩(wěn)定性都不高，尤其在檢測(cè)小功率射頻信號(hào)時(shí)更是如如。二極管平方律特性范圍很窄，信號(hào)過(guò)小或過(guò)大時(shí)檢測(cè)性能都很差，造成較大測(cè)量誤差；熱電耦發(fā)熱裝置工藝復(fù)雜，器件脆弱，信號(hào)過(guò)大極易燒毀。隨著模擬集成電路的發(fā)展，人們找到了解決這一問(wèn)題的最佳方法。有效值是通過(guò)如下公式定義的：

利用模擬集成電路的運(yùn)算功能很容易完成上述運(yùn)算，而且可以做到測(cè)量精度高、輸出線性好及溫度穩(wěn)定性好。AD8361就是把計(jì)算電路集成在一個(gè)單片IC上，實(shí)現(xiàn)用有效值度量RF信號(hào)功率的專用器件。不論波形簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，AD8361都能從被檢測(cè)信號(hào)提取有效值測(cè)量數(shù)據(jù)，尤其適合測(cè)量高峰值因子（峰值與有效值之比）信號(hào)，如CDMA和W-CDMA信號(hào)。它的頻響范圍為0.1～2.5GHz；供電電壓范圍為2.7～5.5V，4mA；輸入范圍為30dB。它有高度的線性和溫度穩(wěn)定性，測(cè)量準(zhǔn)確度為14dB范圍內(nèi)誤差±0.25dB；23dB范圍內(nèi)誤差±1dB。該電路最典型的應(yīng)用是發(fā)射功率控制和接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)（RSSIs）。它的成本很低，購(gòu)買(mǎi)千片以上每片單價(jià)僅為$3.75，其性能可達(dá)到價(jià)格為$1000的儀器的精度，此電路還可以用于正交幅度調(diào)制（QAM）及其它復(fù)雜調(diào)制。

1 工作原理

AD8361的功能框圖如圖1所示。

被測(cè)的RF信號(hào)VIN加在第一個(gè)平方薦輸入端，由于輸入端（RFIN）和地端（COMM）之間呈現(xiàn)225Ω電阻，輸入端相對(duì)地端有0.8V偏置，因此輸入端慶外接耦合電容，適當(dāng)選擇這個(gè)電容數(shù)值，可使測(cè)量信號(hào)的頻率范圍低到0.1GHz。平方薦產(chǎn)生與VIN2成正比的電流，送到并聯(lián)RC濾波器，由于RC濾波器作用，其輸出與VIN 2的平均值成正比。此信號(hào)磅至高增益差動(dòng)放大器正輸入端。放大器的負(fù)輸入端加的是第二個(gè)平方項(xiàng)的輸出，即放大器輸出信號(hào)Vo1的平方，也就是反饋信號(hào)Vf=Vo1 2。于是，在放大器的輸入端有：

當(dāng)放大器平衡時(shí)，輸入電壓Vi≈0，即：

所以：

也就是說(shuō)，在放大器平衡狀態(tài)下，放大器輸出電壓Vo2與輸入電壓的方均根值（RMS值）成正比。放大器的輸出電壓Vo2經(jīng)緩沖器后作為器件的輸出電壓Vo，從而使輸出電壓Vo反映了輸入電壓的RMS值。兩平方項(xiàng)工作頻帶很寬，從DC到微波段都能很好響應(yīng)。由于兩個(gè)平方項(xiàng)高度一致，能很好地跟蹤溫度變化，使器件轉(zhuǎn)換增益與兩平方項(xiàng)各自增益無(wú)關(guān)，因此具有很好的溫度穩(wěn)定性。

AD8361在3V供電下，輸入電壓有效值范圍達(dá)390mV，在5V供電下，輸入電壓有效值范圍達(dá)660mV，轉(zhuǎn)換增益為7.5。

2 基本工作模式

為適應(yīng)不同A/D轉(zhuǎn)換器的要求，該器件有三種工作模式：

·接地參考模式，其超始點(diǎn)為0；

·內(nèi)部參考模式，偏移輸出起泡沫+350mV；

·電源參考模式，偏移輸出電壓為Vs/7.5。

2.1 基本連接

圖2、圖3和圖4分別是AD8361在三種模式下在基本連接。該器件由2.7V到5.5V范圍內(nèi)的單電源供電，VPOS引腳外接100pF和0.01μF去耦電容。在工作械下，1.1mA的靜態(tài)電流可以通過(guò)將PWDN引腳拉高至VPOS而減小到1μA。75Ω的外部分流電阻結(jié)合交流耦合輸入可獲得將近50Ω的總寬帶輸入阻抗。注意：耦合電容必須置于外部分流電阻和RFIN端之間。通過(guò)耦合電容和內(nèi)部輸入電阻，可用下式算出高通角頻率：f3dB=1（2πCc×RIN）。例如圖2，對(duì)于100pF的電容，可算出高通角頻率為8MHz。輸出電壓標(biāo)稱值為輸入電壓均方根值的7.5倍即轉(zhuǎn)換增益為7.5。三種不同的工作模式可由SREF和IREF引腳設(shè)定。

2.2 輸出電壓

圖5為5V供電電壓時(shí)三種工作模式下的輸出電壓。可以看出，在內(nèi)部參考模式和電源參考模式下，由于輸出斜線的長(zhǎng)度減小了，輸出電壓有效動(dòng)態(tài)范圍將有所減小。降低供電電壓也會(huì)引起動(dòng)態(tài)范圍的減小，而頻率的變化幾乎不影響動(dòng)態(tài)范圍，但在高頻時(shí)轉(zhuǎn)換增益稍有下降。

2.3 濾波器電容的選擇

AD8361的內(nèi)部電容并聯(lián)在一個(gè)內(nèi)部電阻上，該電阻的阻值隨信號(hào)強(qiáng)弱而變化，變化范圍從弱信號(hào)的2kΩ到強(qiáng)信號(hào)的500Ω。其低通角頻率在3MHz到12MHz之間，因此足以給240MHz的信號(hào)提供濾波。但是，對(duì)于CDMA或W-CDMA等高峰值因子信號(hào)，通常帶有低頻元件，需要外加濾波電容。而對(duì)于TDMA信號(hào)，如GSM、PDC和PHS，其峰值因子接近正弦波，只需內(nèi)部濾波電容即可。