USB射频功率计DIY——构建软件校准方案

TriXTriX江苏科技大学 信号与信息处理硕士


一、概述

对于测试仪器来说,测量结果的准确度是衡量其性能优劣的一个重要指标。对于我们要实现的USB功率计来说,如何将原始测量数据分析处理使其测量精度满足预定的误差范围±0.5dB是衡量我们的功率计设计是否成功的一个关键性指标。

二、影响功率计测量准确性的几个因素

1、频响误差

在射频功率测量的过程中,由于信号频率的变化使得信号的功率并不恒定,从而引起了频响误差。如下图所示:

为了提高准确性和扩展测量动态范围,我们根据测试数据分析结果对频率进行了分段校准。具体分段如下:

频率1频率2频率3频率4频率5频率6频率7频率8频率9频率10
10050010002000300040004500500055006000

2、功率:
由上图我们同时也可以看到,功率在-15~-50dBm范围内的响应是非常线性的,而在其他功率范围内线性度会有些微变化,为了提高准确性和扩展测量动态范围,我们根据测试数据分析结果对功率进行了分段校准。具体分段如下:

功率段1功率段2功率段3功率段4
-5~-15dBm-15~-50dBm-50~-60dBm-60~-65dBm

3、测量环境:

测量环境对功率检测的影响主要包括2个方面:噪声和环境温度。AD8318的功率温度在-40℃~+85℃,它在整个温度内具有极佳的对数截距稳定性(±0.5dB),而我们此次设计的功率计的温度范围在-10℃~+55℃,因此系统中就暂时不考虑温度校准。

三、校准点的选择和确定

我们的单片机板上有一个24C02 EEPROM,它的容量为2K,256字节,也就是说我们可以存储的最大字节数为256个字节。

对于AD8318来说,每个校准点我们需要存储的校准参数包括:(1)功率点;(2)斜率;(3)截距。每一个数据我们使用2个字节进行存储,那么一个校准点需要6个字节,24C02可以存储256 ÷ 6 = 42个校准点数据。

鉴于上面的分析,我们对10MHz~6GHz的频段划分为10个频段,-5~-65dBm功率范围进行了4个功率段划分,总共可以进行40个点的校准。如下表所示,我们对40个测试点的起始地址进行的划分。



频率1频率2频率3频率4频率5频率6频率7频率8频率9频率10

地址10050010002000300040004500500055006000
功率1-5~-15024487296120144168192216
功率2-15~-506305478102126150174198222
功率3-50~6012366084108132156180204228
功率4-60~-6518426690114138162186210234
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