การแนะนำ

เครื่องวัดกำลัง RF แบบป้อนกลับค่า RMS ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบและการวัด เพื่อวัดกำลัง RF ของสัญญาณที่มีค่าตัวประกอบยอดคลื่น (Crest Factor) ที่แตกต่างกันได้อย่างแม่นยำและแม่นยำ อุปกรณ์เชื่อมต่อที่มีราคาแพงเหล่านี้ให้ความแม่นยำสูง แม้จะอาศัยการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะและการสอบเทียบอย่างละเอียด แต่ความแม่นยำนี้ก็ต้องแลกมาด้วยขนาดและต้นทุน ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าและขนาดเล็กกว่ามาก LTC5596 ซึ่งเป็นวงจรรวมป้อนกลับค่า RMS ตั้งแต่ 100 MHz ถึง 40 GHz ที่มีช่วงการตรวจจับ 35 dB หรือมากกว่า จึงสามารถใช้สร้างเครื่องวัดกำลังแบบบรอดแบนด์แบบพกพาหรือแม้แต่เครื่องวัดกำลังแบบฝังตัวได้

ฟังก์ชันการถ่ายโอนเชิงเส้น dB ที่ควบคุมได้ดีของ LTC5596 และความเรียบที่ยอดเยี่ยมพร้อมความถี่ ช่วยให้การสอบเทียบง่ายดาย เพียงการสอบเทียบความถี่เฉลี่ยสองจุดเพียงครั้งเดียว ให้ความแม่นยำในการวัด ±1 dB ในช่วงความถี่ 150 MHz ถึง 30 GHz การใช้พลังงานต่ำของ LTC5596 (เพียง 100 มิลลิวัตต์) และคุณสมบัติที่ผสานรวมเข้าด้วยกัน ช่วยให้สามารถใช้งานโซลูชันการตรวจสอบพลังงานแบบพกพาและในวงจรได้

ความเรียบง่ายของโซลูชันที่สมบูรณ์นั้นได้รับการอธิบายโดยตัวอย่างที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในรูปที่ 1 ซึ่งสามารถสร้างเครื่องวัดกำลัง RF บรอดแบนด์ได้โดยใช้วงจรสาธิต LTC5596 สำเร็จรูป (DC2158A) จอแสดงผล LCD I2C และบอร์ด Linduino DC2026C ที่รันโปรแกรมเฟิร์มแวร์สั้น (ดูภาคผนวก)

ตารางที่ 1 รายการวัสดุ

การประกอบวงจร

รูปที่ 2 แสดงแผนภาพการประกอบ บอร์ด Linduino มีอินพุต ADC หลายตัวในธนาคารอินพุตแบบอะนาล็อก โดย A0 ถูกใช้เพื่อสุ่มตัวอย่างเอาต์พุตของตัวตรวจจับ LTC5596 จอแสดงผลมีอินเทอร์เฟซ I2C ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการเชื่อมต่อกับบอร์ด Linduino วงจรทั้งหมดได้รับพลังงานจากพอร์ตเสริมของบอร์ด Linduino ซึ่งรวมถึงบอร์ด LTC5596 และขั้วต่อ

ซอฟต์แวร์

เฟิร์มแวร์ทั้งหมดต้องทำงานบนบอร์ด Linduino ฟังก์ชันหลักของเฟิร์มแวร์คือการแปลงค่าอินพุตอะนาล็อกที่วัดได้ (โวลต์) เป็นกำลัง RF (dBm) และแสดงผลบนหน้าจอ LCD ในการทำสิ่งนี้ จำเป็นต้องมีการสอบเทียบแบบสองจุดเพื่อหาความชันและจุดตัดของฟังก์ชันการถ่ายโอนเชิงเส้นของ LTC5596—VOUT เทียบกับกำลัง RF ในรูปแบบเชิงเส้น:

y = (x – b)ม.

โดยที่ x คือกำลังไฟฟ้าขาเข้า (dBm), y คือแรงดันขาออก (VOUT) ของ LTC5596 ซึ่งแปรผันตามรหัส ADC, m คือความชัน และ b คือจุดตัดแกน x (VOUT มีค่าเป็น 0) ซอฟต์แวร์จะคำนวณ x ตามค่า y ที่วัดได้ โดยค่า b และ m มาจากการสอบเทียบ (อธิบายไว้ด้านล่าง) การหาค่าเฉลี่ยจากค่าที่อ่านได้หลายครั้งสามารถช่วยลดผลกระทบของสัญญาณรบกวนได้

ADC ออนบอร์ดของ Linduino มีความละเอียด 10 บิต ซึ่งสอดคล้องกับขนาด LSB ประมาณ 4.9 มิลลิโวลต์ ความชันทั่วไปของ LTC5596 อยู่ที่ 28.5 มิลลิโวลต์/เดซิเบล ซึ่งให้ความละเอียดในการวัดประมาณ 0.2 เดซิเบล ภาคผนวกแสดงตัวอย่างโค้ดเฟิร์มแวร์ที่ใช้สำหรับความถี่ 5.8 GHz เพื่อแสดงกำลังไฟฟ้าขาเข้าเป็นหน่วย dBm

การกำหนดขนาด

แม้ว่า LTC5596 จะมีฟังก์ชันการถ่ายโอนเชิงเส้นเป็นหน่วย dB แต่การเปลี่ยนแปลงในแต่ละส่วนทำให้เกิดความชันของฟังก์ชันการถ่ายโอนและจุดตัดแกนที่หลากหลาย เนื่องจากฟังก์ชันการถ่ายโอนเป็นเชิงเส้น การสอบเทียบจึงทำได้ง่าย โดยใช้เพียงสองจุด (หรือมากกว่าหากต้องการ) เพื่อความแม่นยำ

รูปที่ 3 แสดงการปรับเทียบสองจุดของเส้นโค้งการถ่ายโอนทั่วไปที่ได้จาก LTC5596 ที่ความถี่ 5.8 GHz จุดทั้งสองนี้ใช้ในการหาค่าความชันและจุดตัดแกน x

ในตัวอย่างนี้

ความชัน = Δy/Δx = (0.83 – 0.26) V/(–10 + 30) dB =

28.5 มิลลิโวลต์/เดซิเบล

จุดตัดแกน x = กำลังไฟฟ้าเข้า – VOUT/ความชัน =

–10 – 0.83/0.0285 = –39 เดซิเบลเมตร

ค่าความชันและค่าจุดตัดที่ใช้ในโค้ดจะแสดงอยู่ในภาคผนวก

ข้อผิดพลาดเชิงเส้น

ในเอกสารข้อมูล จุดตัดแกนลอการิทึมคือจุดตัดแกน x บนกราฟ ความคลาดเคลื่อนเชิงเส้นคือผลต่างระหว่างเส้นตรงในอุดมคติกับกำลังจริงที่วัดได้โดยตัวตรวจจับ โดยทั่วไปช่วงการตรวจจับที่เหมาะสมคือจุดที่ความคลาดเคลื่อนเชิงเส้นน้อยกว่า 1 เดซิเบล ดังนั้น ความคลาดเคลื่อนจึงสามารถคำนวณได้โดยใช้จุดตัดแกน x และความชันดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งแสดงถึงความคลาดเคลื่อนเชิงเส้นของอุปกรณ์ทั่วไปที่สามารถทำได้ด้วยการสอบเทียบแบบสองจุด

ข้อผิดพลาด = VOUT/ความชัน + (จุดตัดแกน x) – กำลังไฟฟ้าเข้า

‍

บทสรุป

LTC5596 นำเสนอความเรียบง่ายที่เหนือชั้น ขนาดเล็ก และใช้พลังงานต่ำสำหรับการวัดพลังงาน RF ที่แม่นยำในช่วง 100 MHz ถึง 40 GHz LTC5596 สร้างโซลูชันที่สมบูรณ์แบบ มีขนาดเล็ก มีประสิทธิภาพ และแม่นยำเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของเครื่องวัดพลังงาน RF แบบพกพา หรือแม้แต่ใช้เป็นเครื่องวัดพลังงาน RF แบบฝังตัว โอเวอร์เฮดของซอฟต์แวร์ต่ำเนื่องจากแบนด์วิดท์กว้างและฟังก์ชันการถ่ายโอนข้อมูลที่ดี ซึ่งเป็นเชิงเส้นในหน่วยเดซิเบลของ LTC5596 การสอบเทียบแบบสองจุดสามารถทำได้ที่ความถี่กลางแบนด์เดียวที่มีความแม่นยำสูง หรือที่ความถี่หลายความถี่เพื่อความแม่นยำที่ดีขึ้น ที่สำคัญ เครื่องตรวจจับ RMS ของ LTC5596 สามารถวัดพลังงานได้อย่างแม่นยำไม่ว่าจะใช้การมอดูเลตแบบใด แม้จะใช้การสอบเทียบแบบสองจุดแบบง่ายๆ ผลลัพธ์ก็ยังมีความแม่นยำ โดยมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.3 เดซิเบล โดยไม่คำนึงถึงรูปคลื่นมอดูเลต ในทางตรงกันข้าม เครื่องเชิงพาณิชย์ราคาแพงอื่นๆ จำเป็นต้องมีการสอบเทียบและการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะอย่างละเอียด

ภาคผนวก: ตัวอย่างโค้ดสำหรับบอร์ด Linduino เพื่อแปลงการอ่านค่า ADC เป็น dBm และขับเคลื่อนจอแสดงผล

#include <wire.h>
#include <liquidcrystal_i2c.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); // set the LCD address
to 0x3F for a 20 chars and 4 line display
int analogPin = 0; //set up analog IN channel 0
double val = 0;
double slope = 0.0285; // slope in Volts per dB
double xint = -39; //log intercept in dBm @5.8GHz
double power = 0.0;
double totalval=0.0;
void setup()
{
lcd.init(); // initialize the lcd
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“LTC5596 RMS DETECTOR”);
lcd.setCursor(8,3);
lcd.print(“dBm”);
}
void loop()
{
for(int i=0;i<20;i++) // Average 20 ADC readings:
{
val = analogRead(analogPin);
delay(10);
totalval= totalval + val;
}
totalval=totalval/20.0;
power = (totalval*0.0049/slope)+xint; // Convert to Volts,
calculate dBm
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print(power);
}
</liquidcrystal_i2c.h></wire.h>

‍