１概述
功率是表征射频信号特性的一个重要参数,随着移动通信技术的发展,对射频信号功率的精确测量已成为无线通信测量中的重要一环。射频功率计通常由功率传感器（或称功率探头）和功率指示器两部分组成,根据功率计测量电路的连接方式,功率计可分为吸收式（又称终端式）和通过式两种,吸收式功率计以功率探头作为被测系统的终端负载。它吸收全部待测功率,并由指示器显示测得的功率值。本文介绍一种基于ＡＤ８３６２芯片的吸收式小功率计的设计方法。该设计利用ＡＤ公司的真有效值功率检测器ＡＤ８３６２制作功率探头,因此,电路简单,一致性好。该功率计的工作频率为２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ,功率测量范围为－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ。
２ＡＤ８３６２的原理及性能
２．１ 性能参数
ＡＤ８３６２是美国ＡＤ公司生产的真有效值功率检测器,工作频率高达３ＧＨｚ,它采用双平方电路比较转换技术和激光修整技术,因而测量线性度较高,其测量结果基本上与信号波形无关。尤其是在大峰值因数时,能够胜任ＧＳＭ、ＣＤＭＡ和Ｗ－ＣＤＭＡ等复杂信号对测量精度的要求,可广泛用于对信号功率需要准确测量的高频通信和仪器仪表系统中。
ＡＤ８３６２采用１６脚ＴＳＳＯＰ封装,可在－４０℃～＋８５℃的温度范围内工作。其特点如下：
●可进行真有效值功率测量;
●具有以ｄＢ为单位的线性响应,而且具有优良的温度稳定性;
●输入动态范围达６０ｄＢ,对于５０Ω阻抗的系统而言,其信号输入可从－４５ｄＢｍ～＋１５ｄＢｍ;
●具有从低频到２．７ＧＨｚ的平坦输入／输出响应;
●精度、线性度高,典型线性斜率为５０ｍＶ／ｄＢ;
●单电源工作,范围为＋４．５Ｖ～＋５．５Ｖ;
●电源休眠ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ功能可降低功耗,休眠时功耗小于１００μＷ。
ＡＤ８３６２的极限参数如下：
●电源电压：＋５．５Ｖ;
●内部功耗：５００μＷ;
●工作温度范围：－４０～＋８５℃;
●存储温度范围：－６５～＋１５０℃;
●焊接温度（焊接时间≤６０ｓ）：３００℃。
２．２ 引脚功能
ＡＤ８３６２的引脚排列见图１。各引脚功能如下：
●ＣＯＭＭ：公共接地端;
●ＣＨＰＦ：高通滤波器输入端,该脚与地这间的电容大小决定着输入高通滤波器的３ｄＢ频率;
●ＩＮＨＩ：信号差分输入端口的“＋”端;
●ＩＮＬＯ：信号差分输入端口的“－”端;
●ＤＥＣＬ：“ＩＮＨＩ”和“ＩＮＬＯ”的去耦端,应通过一个大电容连接到地,以构成完整的输入电路;
●ＰＷＤＮ：休眠控制端,高电平时器件关断;
●ＣＬＰＦ：环路滤波器积分电容连接端;
●ＡＣＯＭ：输出放大器的公共接地端;
●ＶＳＥＴ：设置电压输入端,使ＲＦ的输入功率与输出的ｄＢ数相对应;
●ＶＯＵＴ：误差放大器电压输出,在测量方式时,通常直接与“ＶＳＥＴ”端相连;
●ＶＰＯＳ：＋５Ｖ电源输入端;
●ＶＴＧＴ：基准电压端,该脚的电压将影响对数截止点的位置;
●ＶＲＥＦ：１．２５Ｖ通用参考电压输出,可直接提供给“ＶＴＧＴ”。
３基本工作原理
ＡＤ８３６２是一种真有效值响应的功率检测器,其测量结果与信号波形无关,从而为复杂调制信号的射频功率测量提供了一种有效的方法。ＡＤ８３６２的内部电路框图如图２所示。
输入的ＲＦ信号首先被送入一个可变的梯形电阻衰减器进行衰减,该衰减器每隔５ｄＢ有一个抽头,共有１２个抽头,它采用一种平滑的内插专利技术,使衰减值可以连续准确变化,衰减值的设定由“ＶＳＥＴ”脚的电压控制。衰减后的信号送到一个高性能的宽带放大器进行放大,再由一个宽带的平方律检波器检波,检波输出的脉动信号经滤波后与另一个平方电路的输出进行比较。这个平方电路的输入由“ＶＴＧＴ”脚提供,它是一个固定的直流电压,通常在片外与可提供准确１．２５Ｖ参考电压的ＶＲＥＦ脚相连。两个平方电路的输出信号差分输入到高增益误差放大器后,将从“ＶＯＵＴ”脚输出一个电压信号,该电压值可随输入ＲＦ信号的功率而变,最高可以达到（Ｖｓ－０．１）Ｖ。
ＡＤ８３６２可以设置成功率测量和控制器两种工作方式。用功率测量方式时,“ＶＯＵＴ”与“ＶＳＥＴ”脚直接相连,此时输出电压与输入功率有效值的对数成正比,因而读数可以直接用ｄＢ表示。在控制器方式时,对ＲＦ 信号功率的实际取样电压值将从“ＶＳＥＴ”脚输入,可用来改变主系统放大器的增益,以使之保持在一个设置的水平上。
ＡＤ８３６２的“ＰＷＤＮ”脚在逻辑高电压信号控制时可进入休眠状态,此时,消耗电流将减少到２μＡ以下。芯片被低电平“唤醒”可在１μｓ内完成。ＡＤ８３６２的正常工作电流在＋２５℃条件下为１８ｍＡ。
图3 射频功率计电路
４实用功率计设计
根据实际需要,笔者以ＡＤ８３６２为中心设计了一个简单实用的吸收式射频小功率计,图３是其电路连接图。该功率计输入端采用ＨＰ公司的肖特基势垒二极管ＨＳＭＳ－８１０１作过载保护,ＡＤ８３６２的信号输入端设计成双端差分输入模式,并用Ｍｉｎｉ－Ｃｉｒ-ｃｕｉｔｓ公司的射频变压器Ｔ４－６Ｔ进行耦合,Ｔ４－６Ｔ的传输比为１２,这样,既便于阻抗匹配,又可以使ＡＤ８３６２输入端的信号功率提高３ｄＢ。
该功率计的显示驱动电路由单片机ＰＩＣ１６Ｃ７１及其外围电路组成,可驱动４只共阴极的ＬＥＤ数码管,以指示被测信号功率的ｄＢ数值（最高位显示符号在低于０ｄＢｍ时显示负号,大于等于０ｄＢｍ时不显示）。ＰＩＣ１６Ｃ７１是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司出品的８位低价微控制器,片内有Ａ、Ｂ两个８位双向Ｉ／Ｏ口,其中Ａ口的低４位可作为４个通道Ａ／Ｄ转换器的输入口。设计中,笔者用ＰＩＣ１６Ｃ７１的ＲＡ０作为Ａ／Ｄ输入端以采样ＡＤ８３６２的“ＶＯＵＴ”输出电压。该单片机的工作时钟为４ＭＨｚ,Ａ／Ｄ转换的时钟源采用片内ＲＣ振荡器,基准为芯片的＋５Ｖ电源电压。由于ＰＩＣ１６Ｃ７１单片机Ｉ／Ｏ口的单端驱动电流最大为２５ｍＡ,而一位数码管的８只ＬＥＤ同时发光的最大“位”电流约需４８ｍＡ,所以应将ＲＡ４～ＲＡ７进行扩展。可由４只三极管来完成ＬＥＤ的“位”驱动。而ＬＥＤ的７段显示、小数点的显示则可以直接由Ｂ口的ＲＢ０～ＲＢ７完成。
显示采用动态扫描方式进行每２０ｍｓ扫描一次,每个数码管轮流显示５ｍｓ。这样,由于人眼的“视觉暂留”效应,显示效果还是比较稳定的。
本射频功率计由于受耦合变压器Ｔ４－６Ｔ的频率限制,整机工作频率范围为２０ｋＨｚ～２５０ＭＨｚ,功率测量范围为－４８ｄＢｍ～＋１２ｄＢｍ,精度可达０．１ｄＢ。如果换用其它更合适的耦合变压器型号,则可以工作到更宽的频率范围,最高时可达２．７ＧＨｚ。