English | по-русски | 日本語     Печать

Цифровой измеритель ВЧ мощности на микросхеме AD8307 - из китайского мультиметра.


В интернете можно найти несколько схеме высокочастотных ваттметров на основе микросхемы AD8307 фирмы Analog Devices. Поиск в Google по ключевым словам «AD8307 power meter» приведет к схемам измерителей на PIC-контроллерах и без таковых, с цифровой или стрелочной индикацией, с подключением к компьютеру и т.п.


Основа всех этих ваттметров - измерительный модуль на AD8307. Одна из его возможных схем приведена на рисунке:



Этот измерительный модуль обладает следующими параметрами:


Частотный диапазон: до 500 МГц

Входное сопротивление: 50 Ом

Измеряемый уровень сигнала: -55 ... +25 dBm (от 3 нВт до 0.3 Вт)


Микросхема AD0307 - это логарифмический усилитель с характеристикой, проиллюстрированной следующим рисунком (взят из описания микросхемы [1]):



В схеме, приведенной выше, на входе AD8307 установлен делитель напряжения с коэффициентом деления 1:11. Из-за этого график будет смещен вправо примерно на 20 дБм: уровню 0 дБм будет соответствовать выходное напряжение 1.5 В, -20 дБм - 1 В и т.д.


Для измерения выходного напряжения AD8307 и индикации мощности может быть использован микроконтроллер с подключенным к его выходам жидкокристаллическим индикатором, готовый модуль - цифровой вольтметр или стрелочный индикатор. А что, если вместо них использовать «потроха» дешевого цифрового мультиметра?


Такие мультиметры обычно построены на базе микросхем ICL7106 или ICL7136 фирмы Intersil [2] или их аналогов. В моем мультиметре (DT-838 Digital Multimeter) была микросхема в бескорпусном исполнении, но с удобным доступом к выводам:


(нажмите, чтобы увеличить)


Если «выкинуть» из мультиметра все резисторные делители, пьезопищалки, предохранители, схемы контроля напряжения питания и проверки транзисторов и т.п., то останется вольтметр с пределом измерения ±200 мВ:



Осталось придумать способ подключения к нему микросхемы AD8307:



Стабилизатор 78L05 формирует напряжение +5В для питания AD8307. Для получения напряжения, соответствующего «нулю дБм», используется резисторный делитель и повторитель на операционном усилителе LMV358. Оно поступает на вход IN- вольтметра. В качестве буфера выхода AD8307 используется вторая часть LMV358, подключенная через подстроечный резистор к входу IN+ вольтметра. Таким образом, на индикаторе будут отображаться как положительные, так и отрицательные значения уровня входного сигнала (в дБм).


Сборка измерителя мощности проводится в несколько шагов. Сперва отыскиваются и изолируются от остальных цепей входы IN+ и IN- микросхемы ICL7106. Затем с платы мультиметра убираются «лишние» детали. Микросхемы 78L05 и LMV358 и другие дополнительные элементы устанавливаются на освободившиеся контактные площадки:


(нажмите, чтобы увеличить)


Затем откручивается печатная плата и удаляется ручка переключателя режимов работы мультиметра. Каплями припоя замыкаются те контакты переключателя, которые были бы замкнуты при установке его в положение «200m».


На верхней панели мультиметра размещается накладка с отверстиями для высокочастотного разъема (например, типа BNC) и выключателя питания. Измерительный модуль на микросхеме AD8307 располагается на миниатюрной плате, закрепленной непосредственно на разъеме. Плата изготовлена «лазерно-утюжным» способом и подключена к остальной части схемы гибкими проводами.


При настройке собранного ваттметра нужно установить «ноль дБм» на индикаторе, подав ВЧ сигнал соответствующего уровня на входной разъем, а затем воспользоваться вторым подстроечным резистором («калибровка») для установки правильных показаний для сигнала с другим уровнем.


Фотография собранного ваттметра приведена ниже:


При отсутствии на входном разъема сигнала на ЖКИ отображается уровень около -56 дБм. При подключении ко входу куска провода длиной 10 см показания «прыгают» до -52 дБм - ваттметр черезвычайно чувствителен. Кроме прямого измерения мощности сигнала, он может быть использован, например, для проверки характеристик фильтров:



На рисунке приведена измеренная при помощи этого ваттметра АЧХ полосового фильтра BPF2/4 фирмы PROCOM. (Понятно, что прибор не может показать значения мощности меньше -55 дБм). Затухание на частоте 145 МГц - 1.3 дБ.


Потребляемый прибором ток - около 15 мА (при отсутствии входного сигнала). КСВ на частотах от 0.1 до 500 МГц - не хуже 1.2.


Возможные усовершенствования:


1) Корректировка АЧХ AD8307 при помощи LC-цепи.

2) Применение 79L05 вместо 78L05 - тогда, возможно, можно будет отказаться от LMV358 в пользу LM358. (Поясняю: LMV358 - этот операционный усилитель rail-to-rail, который хорошо работает при входном напряжении 0.25 В - как раз такое напряжение оказывается на выходе AD8307 при минимальном входном сигнале. )

3) Восстановление схемы контроля напряжения питания, которую я по неосторожности удалил.


Ссылки:

[1] AD8307 на сайте Analog Devices

[2] ICL7106 на сайте Intersil


Денис Нечитайлов, UU9JDR



 
Поделитесь этой страницей: