USB总线的RF数字功率计

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USB RF数字功率计的电路构成

　　USB RF数字功率计的电路构成主要有两类，二极管检波器和热敏传感器，前者的代表性产品有Agilent公司的U2000系列，后者的代表性产品有Anritsu公司的MA24106A。U2000系列USB功率传感器的方框图如图2所示，RF信号输入至半桥式检波电路，检波输出经高、低增益通道后，分别由双路A/D转换器作数字变换，串行数据输入DSP嵌入式处理器，经过数字运算和误差校正，通过USB2.0接口控制器芯片和电缆传送到PC主计算机进行功率分析和测量结果显示。USB接口数字传感器可实现外触发，传感器伏安特性曲线校正，多路并行输入，分屏多画面显示，多种调制格式测量，高测量速度，数据多次平均，及格/不合格分类等测量功能。

图2 U2000系列数字功率传感器框图

　　MA24106A USB数字传感器采用传统的热敏传感器件，但具有更大的动态范围和更宽频率特性，方框图如图1所示。RF信号经直流隔离和10dB衰减，由分路器分成A、B两路检波和平均放大器后，输入到双路A/D转换器和微处理器作数字变换和处理，最后由USB接口控制器和电缆输出至PC主计算机。它与图2的主要不同点在于采用两套独立的传感器检波电路，A路检测RF大信号输入，B路检测RF小信号输，保持传感器工作在平方律曲线段内。A/D转换器使用温度补偿，微处理器的EEPROM提供在线功率校准曲线和测试函数。

这种USB数字传感器的微处理器采用微控制器而不是DSP处理器，运行在微软公司的windows操作系统，为用户提供熟悉的用户界面。因为这种USB数字传感器实现均方根值功率测量，测量结果与RF信号的类型或带宽无关，非常适合CW波、多载频、不同调制格式的3G、4G和OFDM波形的测量。MA24106A USB数字传感器还可用于RF数字多用表、数字化仪和数字存储示波器作探头使用。
USB RF数字传感器的局域和广域网

　　借助USB接口容易实现多通道数字功率传感器与PC主计算机的连接，连接方法如图3所示。基本连接方法是单个数字功率传感器通过5m长的USB电缆接入PC主计算机或掌上计算机的USB设备接口(图3上)PC机亦可通过1个USB集线器扩展至8个USB接口，实现最多8个数字功率传感器的并行输入。需要在更远距离连接USB数字功率传感器的场合，可在PC机和数字功率传感器两端分别使用USB扩展器，中间由5类铜缆连通时，距离达到50m。由多模光纤连通时，距离扩展到500m。由单模光纤连通时，距离扩展到10km(图3下)。根据USB2.0标准构建的USB网络，借助多重集线器、扩展器、铜缆、光纤的连通，PC主计算机最多可构成由127个数字功率传感器组成的局部和/或远端USB网络。另外，借助5个串行集线器和多条5m电缆可构成最远距离30m的USB网络。应该注意，PC机的USB接口只能提供200mA/5V的直流，通过集线器、扩展器连接多个数字传感器或组网时，必须使用带有直流电源适配器的集线器、扩展器。如果需要城际或国际组网，最简单的方法是PC主计算机接入互联网，在地球的另一端通过互联网LAN-USB网关的USB接口构建数字功率传感器网络。

图3 多通道USB RF数字功率传感器的网络连接

USB RF数字功率传感器的性能

　　当前，测试测量仪器公司推出多种USB RF数字功率传感器，主要产品如表1所示。由表1可见，产品供应商包括大型和中小仪器厂，频率上限达到26GHz，检波方式有平均值和峰值两种，重量大部分在300g 以下，直流电流一般在200mA以下。高速二极管检波电路可获得平均功率和峰值功率，具有较大的动态范围，更高的频率上限，更快的读数速度。热敏元件由于热响应较慢，频率上限和读数速度要比高速二极管的低，但可获得准确的平均功率读数。对于脉冲调制和占空比低的RF信号，采用峰值功率检波再转换成平均值，要比采用平均功率测量更准确，通过峰值功率测量值还可以求得在移动通信中非常重要的多种统计功率函数。

表1 USB RF数字功率传感器性能比较