AD8361—0.1～2.5GHz真功率有效值響應器件及其使用方法

摘要：AD8361是ADI公司最表推出的一種射頻（RF）真功率檢測集成電路，綜是一個在單片IC上實現用有效值度量RF功率的器件。介紹了它的檢測原理及使用方法。

凡是檢測一個信號的真功率有效值（RMS）都要雪結到檢測該信號的電壓有效值上來。而檢測電壓有效值的傳統方法是通過二極體平方律檢波電路或熱電耦合熱裝置來完成的。這兩種方法各自都有較多的缺點，很難做到精確測量，而且線性和溫度穩定性都不高，尤其在檢測小功率射頻信號時更是如如。二極體平方律特性範圍很窄，信號過小或過大時檢測性能都很差，造成較大測量誤差；熱電耦發熱裝置工藝複雜，器件脆弱，信號過大極易燒毀。隨著模擬集成電路的發展，人們找到了解決這一問題的最佳方法。有效值是通過如下公式定義的：

利用模擬集成電路的運算功能很容易完成上述運算，而且可以做到測量精度高、輸出線性好及溫度穩定性好。AD8361就是把計算電路集成在一個單片IC上，實現用有效值度量RF信號功率的專用器件。不論波形簡單還是複雜，AD8361都能從被檢測信號提取有效值測量數據，尤其適合測量高峰值因子（峰值與有效值之比）信號，如CDMA和W-CDMA信號。它的頻響範圍為0.1～2.5GHz；供電電壓範圍為2.7～5.5V，4mA；輸入範圍為30dB。它有高度的線性和溫度穩定性，測量準確度為14dB範圍內誤差±0.25dB；23dB範圍內誤差±1dB。該電路最典型的應用是發射功率控制和接收信號強度檢測（RSSIs）。它的成本很低，購買千片以上每片單價僅為$3.75，其性能可達到價格為$1000的儀器的精度，此電路還可以用於正交幅度調製（QAM）及其它複雜調製。

1 工作原理

AD8361的功能框圖如圖1所示。

被測的RF信號VIN加在第一個平方薦輸入端，由於輸入端（RFIN）和地端（COMM）之間呈現225Ω電阻，輸入端相對地端有0.8V偏置，因此輸入端慶外接耦合電容，適當選擇這個電容數值，可使測量信號的頻率範圍低到0.1GHz。平方薦產生與VIN2成正比的電流，送到並聯RC濾波器，由於RC濾波器作用，其輸出與VIN 2的平均值成正比。此信號磅至高增益差動放大器正輸入端。放大器的負輸入端加的是第二個平方項的輸出，即放大器輸出信號Vo1的平方，也就是反饋信號Vf=Vo1 2。於是，在放大器的輸入端有：

當放大器平衡時，輸入電壓Vi≈0，即：

所以：

也就是說，在放大器平衡狀態下，放大器輸出電壓Vo2與輸入電壓的方均根值（RMS值）成正比。放大器的輸出電壓Vo2經緩衝器後作為器件的輸出電壓Vo，從而使輸出電壓Vo反映了輸入電壓的RMS值。兩平方項工作頻帶很寬，從DC到微波段都能很好響應。由於兩個平方項高度一致，能很好地跟蹤溫度變化，使器件轉換增益與兩平方項各自增益無關，因此具有很好的溫度穩定性。

AD8361在3V供電下，輸入電壓有效值範圍達390mV，在5V供電下，輸入電壓有效值範圍達660mV，轉換增益為7.5。

2 基本工作模式

為適應不同A/D轉換器的要求，該器件有三種工作模式：

·接地參考模式，其超始點為0；

·內部參考模式，偏移輸出起泡沫+350mV；

·電源參考模式，偏移輸出電壓為Vs/7.5。

2.1 基本連接

圖2、圖3和圖4分別是AD8361在三種模式下在基本連接。該器件由2.7V到5.5V範圍內的單電源供電，VPOS引腳外接100pF和0.01μF去耦電容。在工作械下，1.1mA的靜態電流可以通過將PWDN引腳拉高至VPOS而減小到1μA。75Ω的外部分流電阻結合交流耦合輸入可獲得將近50Ω的總寬帶輸入阻抗。注意：耦合電容必須置於外部分流電阻和RFIN端之間。通過耦合電容和內部輸入電阻，可用下式算出高通角頻率：f3dB=1（2πCc×RIN）。例如圖2，對於100pF的電容，可算出高通角頻率為8MHz。輸出電壓標稱值為輸入電壓均方根值的7.5倍即轉換增益為7.5。三種不同的工作模式可由SREF和IREF引腳設定。

2.2 輸出電壓

圖5為5V供電電壓時三種工作模式下的輸出電壓。可以看出，在內部參考模式和電源參考模式下，由於輸出斜線的長度減小了，輸出電壓有效動態範圍將有所減小。降低供電電壓也會引起動態範圍的減小，而頻率的變化幾乎不影響動態範圍，但在高頻時轉換增益稍有下降。

2.3 濾波器電容的選擇

AD8361的內部電容並聯在一個內部電阻上，該電阻的阻值隨信號強弱而變化，變化範圍從弱信號的2kΩ到強信號的500Ω。其低通角頻率在3MHz到12MHz之間，因此足以給240MHz的信號提供濾波。但是，對於CDMA或W-CDMA等高峰值因子信號，通常帶有低頻元件，需要外加濾波電容。而對於TDMA信號，如GSM、PDC和PHS，其峰值因子接近正弦波，只需內部濾波電容即可。