基于对数检测法的射频功率测量电路设计.doc

基于对数检测法的射频功率测量电路设计高见芳1 高金定2 张建军3 （1 湖南科技职业学院电子信息程与技术系 湖南 长沙 4101182 湖南涉外经济学院电气与信息工程学部 湖南 长沙4102053 湖南师范大学工学院电子系 湖南 长沙 410000）摘要：随着3G通信技术的发展，在进行通信系统的设计过程中，射频功率的测量具有重要意义。本文从动态范围、频带宽度和线性度三方面分析了对数放大器检测法测量射频功率原理，论述了对数放大器检测法测量射频的优势，在此基础上，采用ADI公司的AD8318芯片和PIC16F874单片机设计了基于对数检测法的射频功率测量电路。电路测试结果表明：该方法具有宽频带、高精度、动态范围大和温度稳定性好等优点。关键字：对数放大器；AD8318；PIC16F874；射频功率测量中图分类号：TP98 文献标识码：ADesign of RF Power Measurement Circuit Based on Logarithmic Amplifier Detection Measure, Gaojianfang1 Gaojingding2 Zhangjianjun3(1 Hunan Vocational College of Electronic Information and Technology, Changsha 410118)2 Hunan International Economics University of Information and Electronic Engineering, Changsha 4102053 Hunan Normal University Institute of Technology Department of ElectronicsChangsha 410000)Abstract: With the development of 3G communication technology, communication systems during the design process, RF power measurement is of great significance. In this paper, dynamic range, bandwidth and linearity of the three detection log amp RF power measurement theory, discusses the measurement of the log amp RF detection advantage in this basis, the use of ADIs AD8318 chip and PIC16F874 SCM is designed based on the number of detection of the RF power measurement circuit. Circuit test results show that: the method has wide bandwidth, high accuracy, large dynamic range and temperature stability and good.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容Keywords: logarithmic amplifier，AD8318，PIC16F874，RF Power Measurement;0、引言近年来，随着3G技术的快速发展，在进行通信系统设计时，射频功率的控制和测量十分重要。本文以美国ADI公司的AD8318单片射频功率测量芯片为核心，设计了基于对数放大器检测方法的射频功率测量电路，该方法具有动态范围大，频率范围广，精度高和温度稳定性好的特点。1、测量原理射频功率测量方法有多种多样，其中对数放大器检测法是射频测量的主要方向之一，下面从对数放大器内部结构进行分析，研究对数放大检测器如何检测射频信号。射频信号检测的实质是如何实现将功率信号无失真地转换成电压信号，而这个转换工作则由对数放大检测器来完成，因此，对数放大检测器是射频测量的关键。它的核心是对数放大器，对数放大器之间采用直接耦合方式，分成N级，每级由对数放大器和检波器组成。每级的输出送到求和器，由求和输出经低通滤波器后得到一个电压信号。N一般取值为59级，级数越多，单级增益越小，则输出特性曲线越趋向于线性，这里以5级为例进行分析，具体电路如图11-3所示。检波器检波器检波器检波器检波器ABCDELPFUoU0图1 五级对数放大检测器的原理图该对数放大检测器的传递函数为 （1）其中b为截距。KS为对数检测器的斜率,是一个常数。PIN是输入信号的功率。在1M8GHZ的频率范围内，在一定的动态范围内，可通过Matlab仿真软件得到对数放大器的特性曲线5-8，如图2所示。图2 对数放大器的特性曲线从上图可知，线性动态范围约为-3 dBm 67 dBm，在此范围内,输出电压与输入功率之间呈线性关系。图2的横坐标是输入信号的功率,纵坐标为输出电压和误差值。在坐标系上作图可知，该特性曲线的斜率约为18mV/dB，截距约为93dBm，已知输入信号的情况下，可根据式（1）得到输出电压的大小。若输入信号为-30dBm时 （2）若斜率改变，则截跟也会发生变以化，在同样的输入的情况下，输出大小不同。上述情况仅适用于900M-8GHZ的正弦波输入信号，而通信系统中，还有其他的波形，如果测量其它的波形的功率，则可根据不同波形的修正C值来进行修正，因波形不同修正值也不相同，表1为不同的信号波形的修正值。非正弦波形的输出电压计算公式 （3）表1 部分波形作为输入时的修正值3典 型 信 号 修 正 值（C）备 注正弦波信号0dB应将修正值与输出功率电平值相加方波或直流信号3.01dB三角波信号0.9dBGSM信号0.55dB3、硬件电路的设计31、AD83184的结构特点和内部结构图 AD8318是解调对数放大器，将RF输入信号转换为对应的输出电压；它采用了9级对数放大，每一个阶段，都配备了检测器。主要可用于测量和控制器；当输入范围通常为60 dB，误差小于 1 dB；+5 V单电源供电,电流为68mA。TEMPSENSORGAINBIASSLOPETEMPDETDETDETDETI/VI/VVSETVOUTTINHIINLO图3 AD8318的内部结构框图32、电路图及工作原理由AD8318构成的射频功率测量电路如图4所示。该电路可通过对AD8318设置，使其工作在测量模式时，当输入的正弦信号为RFIN，经过电容C1、C2耦合到AD8318的INHI、INLO两端。然后通过九级对数放大检波后，送到求和器，求和得到一个电流信号，再将该信号进行I-V转换输出VOUT，该设计没有单独的模数转换芯片，而是由AD8318的输出直接到单片机的PA0，由于PIC16F87411单片机内部有自带A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，然后送到单片机进行处理。图4 射频功率测量电路图若输入模拟信号的动态范围大，A/D转换的精度要求高，则A/D转换器的分辨率要求也高9，可通过PIC16F874内部的A/D转换器实现，它将AD8318的电压信号转换成数字信号后，经单片机程序进行计数、查表，显示等处理。图5为单片机的程序流程图。PIC16F874单片机将处理后的数字信号从PA1PA4输出，经4个三极管9012驱动给LED提供位选信号及足够的驱动，而段选信号从RB0RB7经过810K的排阻，送到LED，在LED数码中将被测的射频信号的功率大小显示出来，经实验证明，将测量数据如表2所示。从表2的数据可知，通过AD8318对数放大检测集成电路的转换，再经过单片机的数据处理，所测得射频信号的功率满足动态范围大、频带宽度和线性度好的特点。开始有“数”输入计数查表显示结束NY图5 PIC16F874单片机程序流程图表2 对数检测法测量结果VI/dBm-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5UO/V05040594068407740864095410441134122413141401149415844、结论通过对射频功率信号的测量理论分析，利用AD8318将射频功率信号转换为是电压信号，然后经过PIC16F874单片机进行计数、查表，由4位LED数码显示出来，实现了大动态范围、高精度的射频功率测量。5、参考文献1 和宏海 射频功率测量在通信系统中的应用J 无线电工程 20022 张新好 武文 孙合敏 射频功率测量误差分析及精度改善方法J 现代雷达 20033 沙占友 智能传感器系统设计与应用M 电子工业出版社 20044 AD8318 datasheet5 王士敏 郑凡其 王键 AD606对数放大器的研究与应用J 电测与仪表 20016 罗 鹏 丁亚生 对数放大器的原理与应用J 电子产品世界 20077 杨法红 章小梅 栾宝宽 对数放大器的特性研究与应用分析 现代电子技术 20088 李斌 对数放大器提高ADC动态范围的研究J 现代电子技术 20079 陈爽 频谱分析仪对数放大器的设计与研究 国外电子测量技术 200710 PIC16F874 datasheet基金项目：湖南省教育厅课题（10C0944）作者简介；高见芳，（1975），男，（汉）湖南郴州人，讲师，硕士研究生，研究方向嵌入式技术方向湖南省长沙市湖南科技职业学院（暮云校区）电子信息工程与技术系 邮编：410