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RMS功率测量系统能实现什么功能？

此电路构成一个尺寸非常小的完整RMS RF功率计，它完全可以采用5 V USB电源供电。测量信号链由RMS响应的RF功率检波器和12位精密模数转换器(ADC)组成。这些器件由CMOS线性稳压器供电，该稳压器从5 V USB电源生成3.3 V电压。

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陈波

2019-9-2 16:16:47
评估和设计支持

电路评估板

CN-0399电路评估板(EVAL-CN0399-SDPZ)

系统演示平台(EVAL-SDP-CS1Z)

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1所示电路是一个RF功率测量电路，它能精确测量9 kHz至6 GHz频率范围内的RF信号源的功率，标称输入功率范围为45 dBm（−30 dBm至+15 dBm）。

此电路构成一个尺寸非常小的完整RMS RF功率计，它完全可以采用5 V USB电源供电。测量信号链由RMS响应的RF功率检波器和12位精密模数转换器(ADC)组成。这些器件由CMOS线性稳压器供电，该稳压器从5 V USB电源生成3.3 V电压。

可在多个频率执行简单的校准程序，以补偿该电路的频率响应差异。校准数据存储在查找表中，RF功率测量期间会参照该查找表。



图1.便携式RF功率计评估板测量设置（未显示全部连接和去耦）
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李欢

2019-9-2 16:16:58
电路描述

将一个介于9 kHz到6 GHz的RF信号施加于电路的SMA测量头。此信号通过一个交流耦合电容驱动RMS响应RF功率检波器ADL5904的RFIN输入引脚。此电容的大小(0.47 μF)设置电路的最低输入频率。检波器的输出电压(VRMS)是一个与输入信号的RMS水平成比例的直流输出电压。

检波器输出直接驱动12位ADC AD7091R的输入端。ADC周期性对输入采样，并将电压转换为数字化电压码。各码通过3线串行外设接口(SPI)传输到PC，由PC利用一个公式计算输入信号的RF功率。校准系数信息存储在PC中的查找表中。系数斜率和截距根据工作频率加以选择；要精确计算RF输入功率水平，必须知道工作频率。

RF功率检波器

ADL5904是一款宽带RMS响应RF功率检波器，工作频率范围为DC至6 GHz。图2所示为ADL5904的功能框图。



图2.ADL5904框图

检波器的动态范围为45 dB，从−30 dBm到+15 dBm，具有线性dB输出特性。低功耗特性(3 mA)使ADL5904适合此应用电路，电路完全采用PC的5 V USB接口供电。

此检波器还提供可编程包络阈值检测功能。阈值检测利用内部比较器比较输入包络电压和预定义用户输入电压。如果包络电压超过此预定义电压，数字输出信号便置位高电平。输出信号通过R/S触发器锁存在高电平状态，直至检波器上的复位引脚(RST)发送高电平脉冲。此功能在图1所示电路中未使用。
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张霞

2019-9-2 16:17:00
模数转换器

图3所示的AD7091R是一款12位单通道逐次逼近型(SAR) ADC。它在正常工作时的功耗极其低，仅1 mW。



图3.AD7091R模数转换器

ADC的REFIN/REFOUT引脚可利用外部基准电压过驱。但在此应用中，使用内部2.5 V基准电压源不会影响精度。使用内部2.5 V基准电压源时，LSB大小为：

LSB = (2.5 V)/212 = 610 μV

这意味着ADC的分辨率为610 μV。ADC输入电压VIN的范围是0 V至2.5 V (VREF)。检波器最大输出电压约为1.8 V，故ADC输入端无必要进行电压调整，检波器输出端可以直接连到ADC输入端。

片上稳压器

ADP160是一款CMOS线性稳压器，可提供2.2 V至5.5 V的稳定输出电压，输出静态电流非常低(42 μA)。



图4.ADP160-3.3线性CMOS稳压器

ADP160提供固定和可调两种配置。本设计使用3.3 V固定型号，其提供稳定输出以为功率检波器和ADC供电，只需极少外部电路，如图4所示。
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