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
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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:
![](/resources/upload/a94b0af545a85b4/1716273702049.png)
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 |
100 | 500 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 4500 | 5000 | 5500 | 6000 |
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 | 100 | 500 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 4500 | 5000 | 5500 | 6000 | |
功率1 | -5~-15 | 0 | 24 | 48 | 72 | 96 | 120 | 144 | 168 | 192 | 216 |
功率2 | -15~-50 | 6 | 30 | 54 | 78 | 102 | 126 | 150 | 174 | 198 | 222 |
功率3 | -50~60 | 12 | 36 | 60 | 84 | 108 | 132 | 156 | 180 | 204 | 228 |
功率4 | -60~-65 | 18 | 42 | 66 | 90 | 114 | 138 | 162 | 186 | 210 | 234 |
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