USB总线微波功率计设计

为提高微波功率测量仪器与其他设备的兼容性，简化电路结构，设计了二极管检波式USB总线微波功率计。重点研究了微弱信号检测、高速USB总线和数字校准技术。经过对二极管检波、微弱信号检测、USB通信的优化设计，制作了功率计探头。设计了数字校准补偿算法，利用NI-VISA和多线程技术设计编写了功率计软件。试验表明，设计的USB总线微波功率计可实现-55 dBm～+20 dBm范围内平均功率测量。 【USB总线微波功率计设计】是一种创新的微波功率测量方案，旨在提升设备间的兼容性和简化电路架构。此设计的核心技术包括微弱信号检测、高速USB总线通信和数字校准技术。通过优化二极管检波、微弱信号检测及USB通信流程，制作出功率计探头，实现了从微波信号到直流电压信号的转换、采集和传输。 微波功率计在无线通信系统、微波设备和器件的测试中起着关键作用。传统的微波功率测量可能面临兼容性差和电路复杂的问题，而USB总线微波功率计则利用USB接口的即插即用和扩展性，能与各种Windows操作系统下的设备无缝对接，如计算机和频谱仪。 测量原理基于二极管检波，通过双检波二极管将微波信号转化为直流电压，再经过斩波、放大、滤波等一系列处理，最后通过A/D转换器采集并由USB总线送至主机。功率计探头内含温度传感器、直流校准源和EEPROM，以实现调零、校准和补偿功能。主机端的软件则负责USB设备控制、数据采集、校准补偿、数据显示和存储。 在功率计探头设计中，有三个关键部分： 1. **二极管检波电路**：采用平衡配置的双二极管检波方式，结合温度补偿，扩大了动态范围，减少了因不同金属连接导致的测量误差。 2. **微弱信号检测电路**：利用MOSFET平衡斩波器将微弱的检波电压转化为方波信号，通过前置级和后级放大，以及带通滤波，有效地降低了噪声干扰。 3. **USB通信电路**：采用CY7C68013A作为USB接口芯片，提供高速USB 2.0通信，内置FIFO用于高效的数据传输，确保测量的实时性。 通过数字校准补偿算法，能够校正二极管检波的非线性，并补偿温度影响，从而确保在-55 dBm至+20 dBm的功率范围内，测量结果的准确性和一致性。 整体来看，USB总线微波功率计的设计融合了硬件电路优化和软件技术，提高了测量效率和精度，简化了系统集成，是现代微波功率测量领域的一个重要进展。其便携性和通用性使得它在实验室和现场应用中具有广阔的应用前景。