便携式功率分析仪设计----硬件设计（二）

温度补偿和系统监控;

(8)提供8ns最快输出响应，适合用于突发RF脉冲检测;

(9)采用小外形的4mm*4mm，16脚引脚架构芯片级封装。

AD8318的内部结构决定了它优异的性能，除包含前文所述的双平方单元外

如图3-5所示。它有一个有9个放大单元组成级联放大链，每一个放大单元都可实现8.7dB的电压增益，它们来实现AD8318的对数功能。由于精确的偏置设计，在温度超过额定值和输入信号变化超出额定范围的情况下，增益依然很稳定。信号从INHI端输入，通过级联的放大单元，由于每个放大单元的增益都是直流耦合的，信号通过每个放大单元时逐级被放大，因此最后的增益是非常大的。在每一个增益输出端都有一个具有平方作用的检波器对信号进行整形，而且在AD8318内部有一个补偿反馈电路对信号进行补偿。通过一系列的措施使得输出信号非常精确。因此从INHI输入RF信号电压通过放大后转换成一个随输入信号幅度变化的差动电流信号，此差动电流信号的均值随输入的RF的电平不同而不同。电流波形经整形并经滤波后，经过电流电压转换成电压输出，这样就将输入信号功率转换为输出电压值的变化，我们只需要按照输出电压幅度与输入信号功率的对应关系公式，就可以计算出被测信号当前时刻功率值。

输出电压幅度与输入信号功率呈如下线性对数对应关系：

其中，X是VSET = VOUT /X式中的反馈因子，在电路中可调为1或2(通过改变VOUT与VSET引脚间的电阻以及VSET脚与地之间的电阻的阻值来调节); VSLOPE /DEC是-500mV/decade;VSLOPE /dB大约为-25mV/dB,VINTERCEPT是输入-输出关系曲线上X截取的对数线性部分。对正弦波输入信号而言，VINTERCEPT是+7dBV.同时，AD8318片内对检波信号加了0.5V的偏置电压(VOFFSET)，所以输出信号的最小值为X* VOFFSET.也就是说当X=1时，VOUT的最小值为0.5V. AD8318有控制模式和测量模式可以选择，根据OUT V脚的不同接法可选择不同的模式，我们选择AD8318的测量模式。图3-7所示为AD8318的连接图：

此时AD8318的输入输出关系曲线的斜率为-50mV/dB，检波输出信号的幅度范围是0.5V～2.5V(对应于输入范围：-60dBm～0dBm)。

3.3.3.2反向器电路根据前文所述可以看出，AD8318的输入输出关系曲线的斜率为-50mV/dB，随着输入信号功率的增大，检波输出电压值不断减小。由于本设计采用的示波显示方式，这样的反比例关系不利于用户的观测，同时为了减小后级电路对检波输出可能造成的影响，所以在AD8318之后加入一级运放，连接方式为反向跟随模式。

由于在AD8318之后的信号频率较低(最高为60MHz左右)，所以运放选用TSH11，TSH11的特点是输入阻抗大，减小对前级的影响。运放与AD8318连接方法如下图3-8所示：

3.3.4数据采集模块

由图3-5可见，信号采集通道主要由信号调理通道、A/D采样两个部分组成，以下分别进行介绍。

3.3.4.1信号调理通道

模拟通道是指信号经过检波之后而到达A/D转换器之前的部分电路。模拟通道主要是对被测信号进行交直流耦合、衰减、放大等控制，使进入A/D转换器之前的信号幅度处在一定的范围之内，以满足A/D转换器对输入模拟信号的要求。模拟通道的总体示意图如图3-9所示。

通道中的10倍衰减电路采用的是无源衰减网络，也就是采用电阻分压原理。这样的电路在较低频率时损耗很小，而在高频时损耗大，需要加入RC补偿电路，如图3-13所示。由图3-10可见衰减倍数为Vo/Vi=R2/R1+R2，当R1/R2=9时，Vo/Vi=1/10也就是衰减10倍。图中，C1，C2为补偿电容，C2为可调电容，调节C2可使补偿电路达到最佳补偿(即满足R1/R2=C2/C1)。

为了减小对前级的影响，，我们设计中在10倍无源衰减电路之后，加入了阻抗匹配电路，如下图3-11所示。要求高输入阻抗，低输出阻抗，以确保信号传输过程中不发生失真现象。故电路前级采用场效应管，因为其为电压控制元件，输入阻抗很大。后半部分采用三极管共集电路接法，保证后级放大电路更好的工作。

由于我们在设计中，在A/D前端加入了一级可变增益放大器，所以对放大电路的信号放大能力要求不高，如图3-12所示。为了减小对前后级电路的相互影响，这里选用OPA695芯片，其设置为2倍放大时拥有1400MHz带宽，8倍放大时450MHz带宽以及低输入电压噪声。能够较好的起到信号隔离放大的作用。

主放大电路中，运放的电压放大倍数为2.其中，C1为超前补偿电容，以免放大电路发生自激震荡。驱动放大电路的主要功能是把单端输入的信号变成差分输出，并在输入端加上四个钳位二极管，使得输入电压范围在-1.0～+1.0之间。在输入端加上1V共模电压，使最后进入A/D转换器的信号幅度在0V～2V的范围内以满