RF Frequency and Power Measurement

ADL6010 - это универсальный широкополосный детектор огибающей сигнала ВЧ. Детектированный сигнал огибающей представляется в виде выходного напряжения, пропорционального огибающей входного сигнала. Подключив к выходу ADL6010 простой фильтр нижних частот, компонент можно использовать для измерения абсолютной мощности.

ADL6010 имеет простую 6-выводную конфигурацию и обеспечивает передовые показатели точности, а также стабильности во времени и диапазоне температур. Компонент содержит инновационный детекторный элемент на базе диодов Шоттки и патентованную систему линеаризации. Номинальный диапазон мощностей входного сигнала составляет от -30 дБм до +15 дБм на 50 Ом. Традиционные диодные детекторы при нагружении источника дают значительную нелинейность четных порядков, генерируя составляющие искажений, которые отражаются в источник сигнала. Детектор ADL6010 не имеет подобного эффекта, что является большим преимуществом при использовании для извлечения копии основного сигнала ответвителя с малым коэффициентом связи.

Напряжение питания может изменяться в диапазоне от 3.3 В до 5.5 В без ухудшения точности отклика. Потребляемый ток при нулевом сигнале составляет менее 3 мА.

ADL6010 работает в температурном диапазоне от -55°C до +125°C и выпускается в 6-выводном корпусе LFCSP, имеющем габариты 2 мм × 2 мм.

Области применения

• Прецизионные измерительные приборы диапазона СВЧ
• Управление уровнем мощности в каналах точка-точка
• Системы предотвращения столкновений

ADL5513 – это демодулирующий логарифмический усилитель, способный выполнять точное преобразование входного сигнала ВЧ в соответствующее выходное напряжение в логарифмическом масштабе. Он основан на методе прогрессивной компрессии и состоит из последовательного соединения усилительных каскадов, каждый из которых имеет собственный детектирующий элемент. Компонент может работать в режиме измерения или в режиме контроллера. ADL5513 поддерживает высокую точность логарифмической характеристики при работе с сигналами на частотах до 4 ГГц. Типичный диапазон входных сигналов, в котором поддерживается погрешность менее ±3 дБ, составляет 80 дБ (относительно 50 Ом), а погрешность менее ±1 дБ обеспечивается в диапазоне 74 дБ. Динамический диапазон сохраняет примерно постоянное значение во всей полосе частот до 4 ГГц. ADL5513 имеет время отклика 20 нс , что позволяет детектировать с его помощью импульсные радиосигналы с частотой повторения более 50 МГц. Компонент обладает беспрецедентной стабильностью точки пересечения логарифмической характеристики при изменениях температуры окружающей среды. Для работы ADL5513 необходим один источник напряжения питания в диапазоне от 2.7 В до 5.5 В. Потребляемый ток равен 31 мА, и уменьшается до 200 мкА при переключении компонента в неактивное состояние.

ADL5513 можно сконфигурировать для формирования управляющего напряжения, подаваемого на усилитель мощности, или выдачи результата измерений на выводе VOUT. Поскольку выходной сигнал может быть использован в задачах управления, при проектировании компонента особое внимание было уделено минимизации широкополосного шума. В режиме контроллера напряжение, задающее рабочую точку усилителя, прикладывается к выводу VSET. Контур управления усилителем ВЧ замыкается на вывод VOUT, выходной сигнал на котором управляет выходным сигналом усилителя. Путем изменения напряжения VOUT уровень выходного сигнала усилителя устанавливается равным величине, задаваемой при помощи VSET. Выходное напряжение на выводе VOUT ADL5513 имеет диапазон от 0 В до (V_POS − 0.1 В), достаточный для задач управления усилителями. Для работы в качестве измерительного устройства вывод VOUT соединяется внешней цепью с выводом VSET, и компонент формирует выходное напряжение, VOUT, являющееся возрастающей, линейной в дБ функцией амплитуды входного радиосигнала.

Номинальный наклон логарифмической характеристики равен −21 мВ/дБ и определяется цепью VSET. Точка пересечения находится на уровне -88 дБ (относительно 50 Ом, для немодулированного сигнала) и задается при помощи входа INHI. Эти параметры сохраняют высокую стабильность при изменениях напряжения питания и температуры.

ADL5513 производится по кремниево-германиевой (SiGe) технологии изготовления ИМС на биполярных транзисторах, выпускается в 16-выводном корпусе LFCSP, имеющем габариты 3 мм × 3 мм, и работает в температурном диапазоне от −40°C до +125°C. Доступна оценочная плата с установленными на ней всеми необходимыми компонентами.

Области применения

• Управление мощностью/коэффициентом усиления и линеаризация усилителей мощности в радиопередатчиках
• Контроль мощности в передатчиках каналов радиосвязи
• Измерение уровня принимаемого сигнала в базовых станциях, радиолокаторах, устройствах стандартов WLAN и WiMAX

ADL5902 - это детектор, реагирующий на среднеквадратическую мощность, который обеспечивает диапазон измерения 65 дБ при работе от несимметричного источника сигнала с импедансом 50 Ом. Это свойство повышает гибкость применения ADL5902, избавляя от необходимости применять балун или любую иную внешнюю схему согласования по входу в диапазоне частот до 9 ГГц.

ADL5902 представляет собой решение для разнообразных высокочастотных систем, где требуется точное измерение мощности сигнала. Для работы детектора нужны лишь источник напряжения питания 5 В и несколько конденсаторов; он прост в применении и может работать с несимметричным входным сигналом или дифференциальным сигналом, получаемым при помощи балуна. ADL5902 поддерживает работу в диапазоне частот от 50 МГц до 9 ГГц и способен воспринимать входные сигналы с мощностью от -62 дБм до, по меньшей мере, +3 дБм и большими значениями крест-фактора, которые характерны для систем GSM, CDMA, W-CDMA, TD-SCDMA, WiMAX и LTE.

ADL5902 может применяться для определения истинной мощности высокочастотного сигнала с низкочастотной огибающей сложной формы или использоваться в качестве простого низкочастотного вольтметра, измеряющего среднеквадратическое напряжение. При измерениях мощности вывод VOUT устройства соединяется с выводом VSET. В данном случае выходной сигнал будет пропорционален логарифму среднеквадратического значения входного сигнала. Другими словами, результат измерения представляется непосредственно в децибелах с масштабом 1.06 В на декаду (53 мВ/дБ). При необходимости наклон передаточной характеристики можно легко изменить. В режиме контроллера напряжение, прикладываемое к VSET, определяет уровень мощности, который необходимо подать на вход для установки отклонения от заданной точки в ноль. Выходной буфер может обеспечивать высокий ток нагрузки.

В режиме пониженного энергопотребления, который активируется подачей высокого логического уровня на вывод PWDN, микросхема ADL5902 потребляет мощность 1.5 мВт. Время, за которое микросхема возвращается в нормальный режим с номинальным рабочим током 73 мА, составляет примерно 5 мкс при температуре 25°C. ADL5902 поставляется в 16-выводном корпусе LFCSP с габаритами 4 мм × 4 мм и работает в широком диапазоне температур от -40°C до +125°C.

Микросхема ADL5902 совместима по выводам с микросхемой TruPwr^TM детектора AD8363, имеющего динамический диапазон 50 дБ. Это позволяет разработчику использовать одну топологию платы для проектов, в которых требуется разный динамический диапазон.

Области применения

• Контуры линеаризации/управления усилителем мощности
• Управление мощностью передатчика
• Индикация уровня передаваемого сигнала
• ВЧ измерительные приборы

HMC802ALP3E - это широкополосный, двунаправленный одноразрядный цифровой аттенюатор на основе арсенид-галлиевой (GaAs) технологии в недорогом корпусе для поверхностного монтажа. Он имеет одну линию управления с сигналами положительной полярности и использует внешние конденсаторы заземления по переменному току, что позволяет ему работать на частотах вблизи нуля. Благодаря этому компонент подходит для применения в широком спектре схем ВЧ и ПЧ. HMC802ALP3E имеет диапазон рабочих частот от нуля до 10 ГГц, типичный уровень вносимых потерь менее 3 дБ и превосходную погрешность установки коэффициента ослабления (±0.6 дБ, тип.). Аттенюатор также обладает высокой точкой пересечения с характеристикой интермодуляционных искажений третьего порядка по входу (IIP3): +55 дБм. Компонент имеет один вход управления, совместимый с сигналами ТТЛ/КМОП, для выбора коэффициента ослабления и работает от одного напряжения питания Vdd +5 В.

Области применения

• Измерительное оборудование и схемы с датчиками
• ISM, MMDS, WLAN, WiMAX, WiBro
• Радиосистемы диапазона СВЧ и спутниковые терминалы VSAT
• Инфраструктура сетей сотовой связи

HMC629ALP4E – это производимая по арсенид-галлиевой (GaAs) технологии интегральная схема широкополосного четырехразрядного цифрового аттенюатора в недорогом безвыводном корпусе для поверхностного монтажа. Этот универсальный цифровой аттенюатор использует внешние конденсаторы заземления по переменному току, обеспечивая возможность работы вблизи нулевой частоты, что делает его подходящим для широкого спектра схем ВЧ и ПЧ. Двухрежимный интерфейс управления совместим с уровнями КМОП/ТТЛ и поддерживает работу в режимах трехпроводного последовательного порта ввода или параллельного порта с 4-разрядным управляющим словом. HMC629ALP4E выпускается в соответствующем требованиям RoHS безвыводном корпусе QFN с габаритами 4x4 мм и не требует внешних согласующих компонентов.

Области применения

• Инфраструктура сетей сотовой связи/3G
• WiBro / WiMAX / 4G
• Радиосистемы диапазона СВЧ и спутниковые терминалы VSAT
• Контрольно-измерительное оборудование и датчики
• Схемы обработки сигналов ВЧ и ПЧ

The ADuCM3027/ADuCM3029 microcontroller units (MCUs) are ultra low power microcontroller systems with integrated power management for processing, control, and connectivity. The MCU system is based on the ARM^® Cortex^®-M3 processor, a collection of digital peripherals, embedded SRAM and flash memory, and an analog subsystem which provides clocking, reset, and power management capability in addition to an analog-to-digital converter (ADC) subsystem. For a feature comparison across the ADuCM3027/ADuCM3029 product offerings, see Table 1.

System features that are common across the ADuCM3027/ADuCM3029/ADuCM3029-1/ADuCM3029-2 MCUs include the following:

• Up to 26 MHz ARM Cortex-M3 processor
• Up to 256 kB of embedded flash memory with error correction code (ECC)
• Optional 4 kB cache for lower active power
• 64 kB system SRAM with parity
• Power management unit (PMU)
• Multilayer advanced microcontroller bus architecture (AMBA) bus matrix
• Central direct memory access (DMA) controller
• Beeper interface
• Serial port (SPORT), serial peripheral interface (SPI), inter-integrated circuit (I²C), and universal asynchronous receiver/transmitter (UART) peripheral interfaces
• Cryptographic hardware support with advanced encryption standard (AES) and secure hash algorithm (SHA)-256
• Real-time clock (RTC)
• General-purpose and watchdog timers
• Programmable general-purpose input/output (GPIO) pins
• Hardware cyclic redundancy check (CRC) calculator with programmable generator polynomial
• Power-on reset (POR) and power supply monitor (PSM)
• 12-bit successive approximation register (SAR) ADC
• True random number generator (TRNG)

To support low dynamic and hibernate power management, the ADuCM3027/ADuCM3029 MCUs provide a collection of power modes and features, such as dynamic and software controlled clock gating and power gating.

The ADuCM3029-1 and ADuCM3029-2 MCU models share the same features and functionality as that of the ADuCM3029 MCU. All specifications pertaining to the ADuCM3027 and ADuCM3029 are also applicable to the ADuCM3029-1 and ADuCM3029-2.

For full details on the ADuCM3027/ADuCM3029 MCUs, refer to the ADuCM302x Ultra Low Power ARM Cortex-M3 MCU with Integrated Power Management Hardware Reference Manual.

Product Highlights

1. Industry leading ultralow power consumption.
2. Robust operation, including full voltage monitoring in deep sleep modes, ECC support on flash, and parity error detection on SRAM memory.
3. Leading edge security. Fast encryption provides read protection to customer algorithms. Write protection prevents device reprogramming by unauthorized code.
4. Failure detection of 32 kHz LFXTAL via interrupt.
5. SensorStrobe^™ for precise time synchronized sampling of external sensors. Works in hibernate mode, resulting in drastic current reduction in system solutions. Current consumption reduces by 10 times when using, for example, the ADXL363 accelerometer. Software intervention is not required after setup. No pulse drift due to software execution.

Applications

• Internet of Things (IoT)
• Electronic shelf label (ESL) and signage
• Smart infrastructure
• Smart lock
• Asset tracking
• Smart machine, smart metering, smart building, smart city, and smart agriculture
• Wearables
• Fitness and clinical
• Machine learning and neural network 

The measurement result is provided as serial data at the output of a 12-bit ADC (AD7466). A simple 4-point system calibration at ambient temperature is performed in the digital domain.

The interface between the RF detector and the ADC is straightforward, consisting of two signal scaling resistors and no active components. In addition, the ADL5902 internal 2.3 V reference voltage provides the supply and reference voltage for the micropower ADC. The AD7466 has no pipeline delay and is operated as a read-only SAR ADC.

The overall circuit achieves temperature stability of approximately ±0.5 dB.

Data is shown for the two devices operating over a −40°C to +85°C temperature range.

Figure 1. Software-Calibrated RF Power Measurement System

The ADL5502 is a mean-responding (true rms) power detector in combination with an envelope detector to accurately determine the crest factor (CF) of a modulated signal. It can be used in high frequency receiver and transmitter signal chains from 450 MHz to 6 GHz with envelope bandwidths over 10 MHz. The peak-hold function allows the capture of short peaks in the envelope with lower sampling rate ADCs. Total current consumption is only 3 mA @ 3 V.

The ADA4891-4 is a high speed, quad, CMOS amplifier that offers high performance at a low cost. Current consumption is only 4.4 mA/amplifier at 3 V. The amplifier features true singlesupply capability, with an input voltage range that extends 300 mV below the negative rail. The rail-to-rail output stage enables the output to swing to within 50 mV of each rail, ensuring maximum dynamic range. Low distortion and fast settling time makes it ideal for this application.

The AD7266 is a dual, 12-bit, high speed, low power, successive approximation ADC that operates from a single 2.7 V to 5.25 V power supply and features sampling rates up to 2 MSPS. The device contains two ADCs, each preceded by a 3-channel multiplexer, and a low noise, wide bandwidth track-and-hold amplifier that can handle input frequencies in excess of 30 MHz. Current consumption is only 3 mA at 3 V. It also contains an internal 2.5 V reference.

The circuit operates on a single +3.3 V supply from the ADP121, a low quiescent current, low dropout, linear regulator that operates from 2.3 V to 5.5 V and provides up to 150 mA of output current. The low 135 mV dropout voltage at 150 mA load improves efficiency and allows operation over a wide input voltage range. The low 30 μA of quiescent current at full load makes the ADP121 ideal for battery-operated portable equipment.

The ADP121 is available in output voltages ranging from 1.2 V to 3.3 V. The parts are optimized for stable operation with small 1 μF ceramic output capacitors. The ADP121 delivers good transient performance with minimal board area. Short-circuit protection and thermal overload protection circuits prevent damage in adverse conditions. The ADP121 is available in tiny 5-lead TSOT and 4-ball, 0.4 mm pitch halidefree WLCSP packages and utilizes the smallest footprint solution to meet a variety of portable applications.

Figure 1. High Speed, Low Power, Crest Factor, Peak, and RMS Power Measurement System (Simplified Schematic: All connections and Decoupling Not Shown)

This circuit is a frequency selective, radio frequency (RF) detector that offers 90 dB of detection range from 35 MHz to 4.4 GHz. Unlike a standalone detector that does not discriminate between signals in the frequency spectrum, this circuit has the ability to focus on a narrow band of frequencies, providing enhanced performance over the specified range. The detector circuit is rms responding and stable vs. temperature and frequency, making it an attractive solution for applications that require precise frequency, selective RF power measurement. The circuit also demonstrates strong immunity to unwanted blockers. Figure 1 shows a simplified schematic of the circuit.

Figure 1. Frequency Selective RF Detector (Simplified Schematic; All Connections and Decoupling Not Shown)

The circuit shown in Figure 1 accurately measures return loss in a wireless transmitter from 1 GHz to 28 GHz without any need for system calibration.

The design is implemented on a single circuit board using a nonreflective RF switch; a microwave RF detector; and a 12-bit, precision analog-to-digital converter (ADC). To evaluate the circuit over the widest possible frequency range, a dual-port directional coupler with SMA connectors was used instead of a narrow-band, surface-mount directional coupler.

The circuit measures return loss of up to 20 dB over an input power range of 25 dB (return losses in excess of 20 dB can be measured over a smaller input power range).

A unique feature of the circuit is that it calculates return loss using a simple ratio of the digitized voltages from the RF detector, thereby eliminating the need for system calibration.

Figure 1. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Evaluation Board Measurement Setup (All Connections and Decoupling Not Shown)

The automatic gain control (AGC) circuit is useful in multiple applications such as amplitude stabilization of a synthesizer, controlling output power in a transmitter, or optimizing dynamic range in a receiver. The circuit shown in Figure 1 uses the ADL6010 detector, along with the HMC985A voltage variable attenuator (VVA) and the HMC635 RF amplifier, to provide automatic gain control over a wide range of input frequencies (20 GHz to 37.5 GHz) and amplitude. Circuit performance, as measured by the AGC figures of merit described in this circuit note, are very good between 20 GHz and 30 GHz. The overall gain of the circuit falls off above 30 GHz. However, improvements can be made over narrow bands by using matching techniques not explored in this circuit note.

The AGC circuit has applications in microwave instrumentation and radar-based measurement systems.

The circuit shown in Figure 1 is an RF power measurement circuit that accurately measures the power from an RF signal source within a frequency range of 9 kHz to 6 GHz, and has a nominal input power range of 45 dBm (−30 dBm to +15 dBm).

This circuit constitutes a complete rms RF power meter in a tiny form factor that can be powered entirely from a 5 V USB power supply. The measurement signal chain consists of an rms responding RF power detector and a 12-bit, precision analog-to-digital converter (ADC). These devices are powered by a CMOS linear regulator which generates 3.3 V from the 5 V USB supply.

A simple calibration routine can be performed at multiple frequencies to compensate for any frequency response variation of the circuit. Calibration data is stored in a lookup table, which is referenced during the RF power measurement.

Плата AD9689-2600EBZ предназначена для оценивания характеристик двухканального 14-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) AD9689-2600 с быстродействием 2.6GSPS. Компонент содержит интегрированные буфер и схему выборки-хранения, благодаря чему он обеспечивает низкое энергопотребление, малые габариты и простоту применения. Этот компонент разработан для применения в задачах, где требуется непосредственная оцифровка широкополосных аналоговых сигналов на радиочастоте в полосе до 5 ГГц. Ширина полосы входного каскада АЦП по уровню 3 дБ превышает 9 ГГц. AD9689 оптимизирован для поддержания широкой полосы входного каскада, высокой частоты дискретизации, превосходной линейности и низкого энергопотребления при малых габаритах корпуса.

Оценочная плата содержит все вспомогательные цепи, необходимые для работы АЦП в различных режимах и конфигурациях. Она непосредственно подключается к плате сбора данных ADS7-V2EBZ, дающей возможность загружать собранные данные для анализа. Управление компонентом и последующий анализ данных может производиться при помощи программного пакета ACE.