功率丈量是最基本的电气参数,丈量方法可区分为直接法和换算法。直接法用热电偶、热敏电阻等元件丈量热量,它与输入信号的形状没有关系;换算法用二极管、对数扩大器丈量电压,依据功率= (电压)2/电阻计算出功率,它与输入信号的形状有密切关系。
热电偶是最早用于功率丈量的热传感器,通过不断改进,灵敏度、精确度和动态规模都能满意丈量的要求。因为热电偶具有平方特性,它的输出电压与输入功率成正比,为战胜输出电压幅值低的不利因素,需用斩波扩大器、均匀、滤波、坚持环境温度安稳等信号处理办法。热电偶的缺陷是呼应时刻慢,归于毫秒级,即便特别开发的小型热电偶,呼应时刻也要10µs ,加上后续信号处理时刻,取得安稳读数往往需求几十毫秒。现在热电偶仍然是丈量功率的常用元件。
热敏电阻是具有负温度系数的半导体传感器,非线性特性很杰出,需求选用电桥电路,定点定温丈量功率。电桥在外加功率效果下热敏电阻数值改动,引起电桥不平衡,使用直流输人使电桥康复平衡,弥补的直流功率便是输入功率。热敏电阻电桥的补偿功率能够精确丈量,因而热敏电阻也是功率丈量的常用元件。它的缺陷也是呼应时刻较慢。
与热电偶和热敏电阻相反,使用二极管检波丈量信号电压,电路简略,呼应最快,只需几微秒。二极管在低电压下具有非线性的伏安特性,在平方律区段二极管的整流电流与输入功率成正比,通过换算后取得功率值。输入功率较高时,二极管伏安特性进入线性区段,导致丈量误差添加。二极管丈量用正弦波形作为功率换算的规范,对波形因子不等于1的信号引进相对误差,特别是峰值/有效值很高的脉冲波,用二极管检波的换算法是不精确的。
为战胜二极管检波的缺陷,近年来一种对数扩大器集成电路,把二极管和对数扩大器集成在一起,扩展功率丈量规模,一起适用于峰值/有效值比较改变不大的信号检波,仅仅频率规模比二极管要低,阐明专用功率丈量集成电路具有发展潜力。
近年来集成电路功率检波器又取得新进展,呈现真功率检波集成电路,能够满意移动通讯CDMA和WCDMA功率丈量的要求。本文侧重介绍这种新器材的特性。
立异的RMS一OC真功率检波集成电路
Analog Deviee公司Barrie Gibert工程师长时间从事功率检波集成电路的开发,20年前试制出RMS一DC (有效值-直流)改换集成电路,选用“隐式RMS计算法”专利,在功率检波集成电路的输入端直接履行输入信号平方运算功用,如图1所示,在集成电路输出端取得均方根值(即RMS)的直流信号,不足之处是频率上限只要几十兆,不能习惯宽带功率丈量的要求,并且关于波形因子快速改变的信号呼应较慢。
近10年来数字通讯,特别是移动通讯迅速发展,波形因子也越来越高,纯正弦波的波形因子是1.41 (即√2),单通道CDMA的波形因子约等于2,多通道CDMA的波形因子到达6。为习惯通讯功率丈量的巨大商场, Barrie Gilbert改进了前期规划,由Analog Deviees公司推出真功率检波(True Power Detetion)系列RMS一OC集成电路,第一个产品是AD8361。几种功率丈量器材特性的比照见表1。
从表1可知,真功率检波集成电路在移动通讯中具有很好的特性,许多目标超越二极管和对数扩大集成电路,到达有用的要求,特别是相对丈量误差最小。别的,表中所用的热敏电桥和二极管都是闻名功率计供货商Boton Electronies公司的产品51101型和51015型,单价要100美元,而对数扩大集成电路和真功率检波集成电路的单价均在10美元以下。假如选用一般二极管,尽管价格可低到10美元以下,可是温度特性较差。
AD8361集成电路真功率检波的电路如图2所示。
射频信号X施加到宽带X2电路,片上电容50pF将X2滤波,适当对X2求均匀,滤波后的输出送至开方电路。开方电路由宽带运算扩大器构成,在它的反应环内接有另一个X2电路,结果是对X2进行反运算,取得开方函数,别的在反应环内的电阻衰减器(R/6.4R)发生附加的7.4倍正向增益。完成这种均方根运算的AD8361集成电路的总传输函数是:Vo= 7.4V(RMS电压即直流输出电压是输入有效值电压的7.4倍。因为输出的直流电压便是RMS值,完成输入功率的真有效值丈量。AD8361集成电路的首要特性如表2所示。
AD8361选用Si双极工艺, 8引脚微型SO封装。
真功率检波集成电路的使用
真功率检波产品的使用很广泛。特别是使用在峰值/均匀值接连改变、峰值/有效值大于1的功率丈量,如蜂窝(90OMH z)、PCS(1000MHz)和CDMA(180MHz)移动通讯的接收机增益监督、增益主动操控、信号强度指示,发射机的功率操控、过荷维护、电平指示等使用。
在丈量仪器方面,可完成手持式射频功率计,或添加数字多用表的功率丈量功用,简化射频信号发生器的主动电平操控回路等。
典型电路的AD8361衔接如图3所示。
输入端并联电阻66.5欧的R2与%&&&&&%的输入阻抗Zi并联构成50欧的输入阻抗; Cl是隔直流电容;C2是电源旁路电容引脚1接供电电振引脚4是电源操控;引脚2和8操控输出电压补偿值;引脚6可外接%&&&&&%用于增大内部滤波功用。