功率测量技术及其应用

信号而变化。

　　2 单片直流功率测量系统的设计

　　MAX42ll属于低成本、低功耗、高端直流功率/电流测量系统，它是利用精密电流检测放大器来测量负载电流，再利用模拟乘法器来计算功率的，因此并不影响负载的接地通路，特别适合测量电池供电系统的功率及电流值。检测功率和电流的最大误差均低于±1．5％，频率带宽为220kHz。被测源电压的范嗣是4-28v。检测电流时的满量程电压为100mV或150mV。电源电压范嗣是2．7~5.5V，工作电流为670μA(典型值)。

　　MAX42ll A/B/C的简化电路如图5所示，主要包括精密电流检测放大器，25：1的电阻分压器，模拟乘法器。外围电路包括被测的4~28V源电压，2．7～5.5V的芯片工作电压，电流检测电阻RSENSE和负载。其测量原理是利用精密电流检测放大器来检测负载电流，获得与该电流成正比的模拟电压，再将该电压加至模拟乘法器，将负载电流与源电压相乘后，从POUT端输出与负载功率成正比的电压。令功率检测放大器的增益为G，RSENSE上的电压为USENSE，RS+引脚的源电压为URS+

，则有

　　MAX42l1A/B/C内部的分压器电阻，接到RS+端和模拟乘法器的输入端。这种设计可精确测量电源负载的功率并为电源(例如电池)提供保护。从POUT端、IOUT端输出的功率信号和电流信号，可分别经过A/D转换器送至单片机。理想情况下，最大负载电流在RSENSE两端产生满量程检测电压。选择合适的增益，使电流检测放大器既能获得最大输出电压，又不会出现饱和。在计算RSENSE的最大值时，应使RS+端与RS一端之间的差分电压不超过满量程检测电压。适当增加RSENSE的电阻值，可提高USENSE，有助于减小输出误差。

　　3 单片真有效值射频功率测量系统的设计

　　对通信系统的要求是在发送端必须确保功率放大器能满足发射的需要，并且输出功率不超过规定指标，否则会导致设备过热损坏。因此，在发射机电路中必须增加射频功率测量和功率控制电路。同样，射频功率测量对接收机也是必不可少的。根据有效值定义所计算出的功率就称为"真有效值功率"(True Root Mean Square Power)，简称"真功率"(True Power)。由于现代通信系统具有恒定的负载和阻抗源(通常为50Ω)，因此只需知道有效值电压就能计算出功率，即可将功率测量转化为对有效值电压的测量。

　　传统的射频功率计或射频检测系统的电路复杂，集成度很低。最近，美国ADI公司相继推出AD8361、AD8362和AD8318型全集成化的单片射频真有效值功率测量系统，不仅能精确测量射频(RF)功率，还可测量中频(IF)、低频(LF)功率。

　　AD8318是采用将晶片绝缘硅与超高速互补双极型相结合的高速硅锗制造工艺而制成的单片射频功率测量系统。其内部解调式对数放大器的输出电压与被测功率成正比，能精确测量1MHz～8GHz的射频功率。适合测量于机和无线LAN基站的无线输出功率。AD8318不仅远优于传统的产品，而且比模块式测量系统具有更高的性价比，比采用二极管检测功率法的精度更高。AD8318集高精度、低噪声、宽动态范围等优点于一身。AD8318在高达5.8GHz的输入频率下，测量精度优于±ldB，动态范围是55dB；在8GHz时精度优于±3dB，动态范围超过58dB。而输出噪声仅为它采用对数放大检测功率法，对数斜率的额定值为一25mV/dB，并可通过改变UOUT、USET引脚之间反馈电压的比例系数来进行凋整。在从IN+端输入信号时，截距功率电平为一25dB。AD8318的典型应用电路如图6所示。

　　AD8318是专为测量高达8 GHz的射频功率而设计的，因此保持IN+、IN一引脚之间及各功能单元电路的绝缘性至关重要。AD8318的正电源端UPSI、UPS0必须接相同的电压，由UPSI端为输入电路提供偏置电压，由UPSO端为UOUT端的低噪声输出驱动器提供偏置电压。AD8318内部还有一些独立的公共地。CMOP被用作输出驱动器的公共地。所有公共地应接到低阻抗的印制扳地线区。允许电源电压范围是4．5～5．5V。C3～C6为电源退耦电容，应尽量靠近电源引脚和地。

　　AD8318采用交流耦合、单端输入方式。当输入信号频率为lMHz～8GHz时，接在IN+、IN一端的耦合电容(C1、C2)可采用0402规格的lnF表面封装式瓷片电容，耦合电容应靠近IN+、IN-引脚。外部分流电阻R1(52．3Ω)与IN+端相配合，可提供一个具有足够带宽的50Ω匹配阻抗。AD8318的输出电压可直接送给数字电压表(DVM)，亦可送至带A/D转换器的单片机(μC)。

　　4 结语

　　本文详细介绍了常用的4种功率测量方法，并提供了直流功率测量系统和射频功率测量系统的设计方案。