用于精确功率测量的二极管传感器技术

的每一个量程的设置通常采用十倍量程。对宽动态范围功率传感器的需求已经导致要采用动态范围更大的模数转换器，并且各量程的覆盖范围通常大于10dB。

安立的功率计具有5个放大器量程，增益最小的两个量程是直流耦合，并且具有对GSM类型应用快速响应的优点。其它三个量程是交流放大器，它们与传感器中的一个断路器配合使用。这些量程被用于测量低电平的信号，在此，稳定性、噪声和漂移是主要的参数。如果减小这些量程的带宽，可以改善噪声性能。

仪器的精度

功率计的仪器精度小于0.5%，并且可以被处理为一般误差；当考虑作为基带电压测量系统时，这就是功率计的性能。一些通常会影响该数字的参数-如量化误差以及零残留(carry over)-已经通过采用具有更高分辨率的模数转换器大为降低。

最低的增益量程通常具有最大的动态范围。让我们分析量化对该增益量程的影响，因为该影响将是最重要的。

在这个量程上，模数转换器的最大输入电压是4.5V。转换器为16位模数转换器，所以，分辨率为每位68.6uV。该量程必须处理的最小信号大约是80mV，这大约对应于模数转换器的1,200位。因此量化误差小于0.09%，不必当成独立的项目来处理。其它的放大器量程具有更小的动态范围，所以量化误差要小得多。

零位调整和漂移

这是调零过程的残留效应，其在一小时内的漂移采用最大平均法来测量。对该参数的规范要求是误差项在最敏感的范围内小于满量程的0.5%。对于本文中已讨论过的两个传感器，最敏感的量程达到10dB。

对于快速热量传感器，零位调整等于0.05mW；而对于通用二极管传感器，零位调整等于0.05nW。随着功率电平在最小量程内的降低，零位调整和漂移的影响更为重要。对于已公布的动态范围内最低端的信号，其贡献小于5%。

校准器功率参考

功率参考为功率计提供一个可追踪的0dBm参考电平，以校准传感器。参考校准可追踪到国家标准，并且可以被考虑为具有+/-1.2%内的峰值精度或一年内具有0.9% 的RSS。我们要考虑的其它误差是待校准传感器与该参考之间的不匹配。该参考具有小于1.04的VSWR(电压驻波比)，而该数值有助于减小这种误差。对于被考虑的两个传感器，这个误差项是0.31%。

功率传感器

功率传感器对不确定性预算的影响有5个因素：

1. 线性度

传感器具有一个线性规范，它是与理想功率测量设备之间的测量偏差；

2. 温度系数

热电堆和二极管单元两者都具有温度系数。安立的传感器对温度漂移进行单独的校正，并且在功率计用来计算校准的衬底上具有小的热敏电阻。校准是不完美的，所以，仍然存在残余误差；典型情况下，该误差在宽的温度范围内小于1%。

3. 不匹配

它是在测量时传感器和被测设备之间的不确定性。这常常是误差预算中最大的一个因素，即使各传感器之间的匹配较好。

4. 校正因子的不确定性

这是传感器和校正因子的校正系统之间不匹配的函数，它受到被测传感器的影响。所以，对于38GHz的快速热传感器的例子，其具有的校正因子不确定性为3.62%，而2.2 GHz的通用传感器具有0.6%的校正因子不确定性。

5. 噪声

这取决于传感器的类型和所施加的信号电平。对于热电堆单元，随着信号电平的减小，噪声的贡献增加。对于通用传感器，我们需要考虑每一组二极管上向着量程转换点处增加的噪声。在量程转换之后，信噪比就得到改善。功率计信号通道对传感器的整体噪声性能的贡献相对很小。

平均化可以减小噪声，安立 ML234X功率计提供几种平均化的方案。在较低功率下，有一种自动增加平均的工具，以保持在较高功率电平上的快速响应。

不匹配

当进行一次测量时，这可能是对误差预算贡献最大的一个因素。不匹配误差由传感器和信号源的阻抗不匹配所引起。在通用术语中，传感器-是无源终端-往往具有比有源器件更好的匹配。反射波与发射波以向量方式叠加，从而产生驻波。传感器将检测到这一点，但是，不可能探测到最大和最小的位置。因此，当考虑不匹配误差时，我们总要采用最坏的情形。

描述不匹配程度的方程如下：

其中s是信号源。l是负载，这种情况下就是传感器。

采用一种衰减器可以改善不匹配误差。在安立的功率计中，有一种工具容许用户输入具有衰减值的表格并应用到测量之中。精密的衰减器能够被校准到0.05dB或1.15%。如果采用非精密的衰减器，那么，校准误差可能大于你所寻求的对不匹配的改进。

谐波和伪信号

图6：因信号源和传感器之间的不匹配引起的误差表面

在功率测