基于ad8318的峰值功率分析仪设计

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1、摘 要：介绍了宽带射频信号功率对数检测集成电路AD8318的工作原理及主要性能，提出利用其快速响应能力构建多通道峰值功率分析仪的方法。　　关键词：射频;峰值功率;对数检测 　　随着数字通信技术的发展，信号制式越来越多：从脉冲调制GSM、TDMA，伪随机序列调制信号CDMA、WLAN，到时分同步信号TD_SCDMA、GSM_EDGE,射频载波调制越来越复杂，相应的输出功率电平也高速、大幅度地剧烈变化，使用通用功率计仅能测得平均功率，不足以获知信号状况。另外，对于雷达测距测高设备、安全调度及应答识别设备以

2、及间歇突发发射工作的无线装置等，测量其输出平均功率毫无意义，而脉冲峰值功率、脉冲定时关系才是关键。　　针对新的测试要求，专业测量仪器公司开发出峰值功率计，可测量平均功率、峰值功率，如中电集团第四十一所的AV2434、安捷伦EMP4416/4417/4418、BOONTON4530等。功能更强大的峰值功率分析仪增加了瞬时功率检测，可捕获功率包络波形，如安捷伦N1911A/N1912A、安立ML2437/ML2438、BOONTON4500B等。这些仪器均采用主机配检测探头结构，选择探头可覆盖到40GHz

3、，动态范围约55dB,N1911A采样率高达100MS/s,BOONTON4500B等效采样率可达10GS/s,可满足复杂调制信号功率检测。　　峰值功率计及峰值功率分析仪，关键技术是检测出射频信号瞬态功率，一种方法是采用检波管检出信号幅度，此方法输入信号频带较宽，小信号响应差，处理电路复杂；另一种方法是直接对数解调输入的射频信号，此法一般工作频率较低，但处理电路简单，响应快，已有专用集成电路AD8307、AD8313、AD8318等可供选用。下文介绍使用AD8318构建峰值检测探头、配置处理器、显示器

4、等设计峰值功率分析仪方案。1射频信号对数检测芯片AD83181.1基本特性　　AD8318频率范围为1MHz～8GHz；动态范围大于55dB；脉冲响应上升时间为12ns，下降时间为10ns；工作温度为-40℃～+85℃；温度稳定性为±0.5dB；功耗为68mA@+5V。1.2工作原理　　AD8318内部结构如图1所示，由9级解调型对数放大器级联构成，每级增益为8.7dB，带宽为10.5GHz，其输出经检测单元变换为电流并送至电流求和电路，滤波后最终形成与输入射频信号电压成对数关系的电流输出：　　 　　

5、其中：ID为电路内部设定的检测电流；VIN为输入射频信号电压；VINTERCEPT为电路交叉电压(理想状态时，当VIN=VINTERCEPT，求和电流应为0mA)。　　当VOUT端与VSET端直接连接，电流求和电路平衡后，输出电压表示为：　　　　使用功率表示为：　　PIN=VOUT/VSLOP/dB+PINTERCEPT。式中，VSLOP/dB为对数变换斜率，即每分贝输入变化对应输出电压变化，一般为-25mV/dB；VINTERCEPT为2.236V，对应PINTERCEPT=20dBm(阻抗50Ω）

6、；PIN为输入射频信号功率(单位dBm)，实用范围-5dBm～-60dBm。　　由AD8318配置10dB输入衰减器，构成峰值功率探头，如图2所示，接入+5V直流供电后，即可工作，可检测+5dBm～-50dBm的射频信号，转换成0.2V～2V直流电压输出。电路简单、稳定。 2峰值功率分析仪　　如图3所示，峰值功率分析仪由峰值功率探头，配置12位高速模数变换器AD7274、核心控制逻辑电路EP2C5T144、微处理器LPC2136、单色320×240点阵图形LCD显示器、键盘扫描电路以及电源组成。　　A

7、D7274是串行接口的12位数模转换芯片，与AD8318检测探头配合，最高采样率可达3MS/s。选用串行接口，使得电路连接简单，且容易扩展检测通道数量，组成多通道峰值功率计。　　FPGAEP2C5T144构成核心控制逻辑电路，利用其内部嵌入存储器模块完成采样数据存储；AD7274采样过程由FPGA监控，采样串行数据由FPGA组织成12位并行数据流，进一步分组、提取峰值、触发条件判断；单色LCD显示只需要(320/8)×240=9600个8位字节显示缓存器，由FPGA使用内嵌存储器完成显示缓存、控制，简

8、化电路布板。　　LPC2136为低功耗32位ARM微处理器，配置32KBRAM、256KBFlash，利用其IAP功能可方便实现功率检测探头特性校准数据存储、测量功率包络波形存储。FPGA配置数据也存储在Flash中，用于开机时FPGA初始化，省去专用配置芯片。2.1峰值功率分析仪功能　　分析仪射频指标由探头决定，在1MHz～3GHz之间,动态测量范围在-50dBm～+5dBm之间。其他功能如下：　　(1)测量通道：4通道设置，可选独立、联合运行方式。