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利用对数检波器AD8318构建软件校准的1 MHz至8 GHz、

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利用对数检波器AD8318构建软件校准的1 MHz至8 GHz、 Rev.0 “Circuits from the Lab” from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested an...
利用对数检波器AD8318构建软件校准的1 MHz至8 GHz、
Rev.0 “Circuits from the Lab” from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any “Circuit from the Lab”. (Continued on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 电路笔记电路笔记 CN-0150CN-0150 连接/参考器件 连接/参考器件 1 MHz至 8 GHz、70 dB对数检波器/ 控制器 AD8318利用 ADI 公司产品进行电路设计 放心运用这些配套产品迅速完成设计。 2.7 V至 5.25 V、微功耗、双通道、125 kSPS、12位 ADC,采用 8引脚MSOP 封装 AD7887 欲获得更多信息和技术支持,请拨打 4006-100-006 或 访问www.analog.com/zh/circuits 。 ADR421 精密、低噪声 2.5 V基准电压源 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 电路功能与优势 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)。 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。 AD7887通过片内控制寄存器可将 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) CN-0150 电路笔记 Rev. 0 | Page 2 of 4 电路描述 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。 由于斜率(SLOPE)和截距(Intercept)会随器件的不同而变化, 因此需要执行系统级校准。校准是施加两个接近 AD8318 线性输入范围端点的已知信号电平,然后测量ADC的相应输出 码。所选校准点应完全在器件的线性工作范围以内。 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: 请注意,用于所示数据的校准点在−50 dBm和−10 dBm。 另外还显示了AD8318 RF检波器的传递函数与上述方程式的 差异,特别是在传递函数的端点处。这种差异(单位 dB)可 以用下式表示: 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 图 8至 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。 图 3. 输入 = 900 MHz,ADC使用 2.5 V内部基准电压源 电路笔记 CN-0150 Rev. 0 | Page 3 of 4 图 7. 输入 = 2.2 GHz,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 8. 输入 = 2.2 GHz,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 测试设置由 AD8318-EVALZ和 EVAL-AD7887CBZ组成,安 装了一个 AD7887BR,两个评估板利用 SMA转 SMB适配器 电缆相连,然后置于 TestEquity Model 107环境舱中。接下来, 通过测试舱门中的插槽将一个评估控制板 2 (ECB2)连接到 AD7887评估板。ECB2用于提供电源,以及发送、接收、采 集 AD7887评估板的串行数据。ECB2并行端口连接到一台笔 记本电脑的扩展插口。该笔记本电脑用于在 ECB2 上加载、 运行和查看 AD7887评估软件。 AD8318 评估板所需的 RF 输入信号利用 Rhode & Schwartz SMT-03 RF信号源产生。用 Agilent E3631A电源为 AD8318 供电,并产生 AD7887 ADC所用的外部基准电压。有关板配 置的更多信息,请参考 AD7887评估板原理图。 图 6. 输入 = 1.9 GHz,ADC使用 2.5 V外部基准电压源 CN-0150 电路笔记 (Continued from first page) "Circuits from the Lab" are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the "Circuits from the Lab" in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the "Circuits from the Lab". Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, "Circuits from the Lab" are supplied "as is" and without warranties of any kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness for a particular purpose and no responsibility is assumed by Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their use. Analog Devices reserves the right to change any "Circuits from the Lab" at any time without notice, but is under no obligation to do so. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. ©2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. CN08967sc-0-4/10(0) w w w . a n a l o g . c o m Rev. 0 | Page 4 of 4 常见变化 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。 进一步阅读 MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND”, Analog Devices. MT-077 Tutorial, Log Amp Basics, Analog Devices. MT-078 Tutorial, High Speed Log Amps, Analog Devices. MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. Whitlow, Dana. Design and Operation of Automatic Gain Control Loops for Receivers in Modern Communications Systems. Chapter 8. Analog Devices Wireless Seminar. 2006. 数据手册和评估板 AD7887 Data Sheet AD7887 Evaluation Board AD8318 Data Sheet AD8318 Evaluation Board ADR421 Data Sheet 修订历史 4/10—Revision 0: Initial Version
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