高精度幅相檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了提高幅相檢測(cè)精度、簡(jiǎn)化電路、擴(kuò)展頻率范圍，設(shè)計(jì)了一種基于AD8302高精度幅度相位檢測(cè)系統(tǒng)。通過分析AD8302的特點(diǎn)以及工作原理，提出了幾種提高相位檢測(cè)精度的方法，并設(shè)計(jì)采用AD8302、DDS和單片機(jī)組成高精度幅相檢測(cè)系統(tǒng)，成功地解決了AD8302相位檢測(cè)過程中存在的二值性、非線性、移相以及校準(zhǔn)問題，實(shí)現(xiàn)兩路模擬輸入信號(hào)的相位差和幅度差的精確測(cè)量。測(cè)試結(jié)果表明基于AD8302的幅相檢測(cè)系統(tǒng)具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：AD8302；幅相檢測(cè)；相位差；DDS；移相

由于傳統(tǒng)的數(shù)字或模擬幅度相位檢測(cè)方法電路復(fù)雜，易受干擾測(cè)量精度低，而且適用的頻率范圍窄，只能測(cè)量中低頻信號(hào)，因此研究出一種電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、測(cè)量頻帶寬的新型幅相檢測(cè)方法就具有很重要的意義。文中設(shè)計(jì)了一種基于AD8302的高精度幅相檢測(cè)系統(tǒng)，可精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的射頻、中頻或低頻信號(hào)的幅度相位差，測(cè)量精度高，可廣泛用于在信號(hào)變換、信息采集、控制以及通信等領(lǐng)域。

1 AD8302工作原理
AD8302是ADI公司推出的用于RF／IF幅度和相位測(cè)量的首款單片集成電路，它能同時(shí)測(cè)量從低頻到2．7 GHz頻率范圍內(nèi)兩輸入信號(hào)之間的幅度比和相位差。AD8302主要由精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)放大器、一個(gè)相位檢測(cè)器、輸出放大器組、一個(gè)偏置單元和一個(gè)輸出參考電壓緩沖器組成，其功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。AD8302之所以能進(jìn)行幅度和相位差的精確測(cè)量主要是由于其內(nèi)部的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)放大器，每一個(gè)寬帶對(duì)數(shù)放大器都由6個(gè)10 dB增益級(jí)串聯(lián)而成，6個(gè)增益級(jí)都帶有7個(gè)輔助濾波器，這樣的結(jié)構(gòu)使它具有的對(duì)數(shù)的壓縮功能，可以將寬頻帶的兩個(gè)輸入電壓變?yōu)檎瓗У姆重惪潭容敵?，從而?shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)增益的測(cè)量。測(cè)量后的結(jié)果是將輸入信號(hào)的相位差變換為電壓輸出，范圍是0～1．8V，幅度之比也變換為相應(yīng)的電壓輸出。

AD8302通過精密匹配的2個(gè)寬帶對(duì)數(shù)放大器來實(shí)現(xiàn)對(duì)2個(gè)輸入通道信號(hào)的幅度和相位測(cè)量，其幅度和相位測(cè)量方程式為：

式中：VinA為A通道的輸入信號(hào)幅度；VinB為B通道的輸入信號(hào)幅度；Vslp為斜率；Vmag為幅度比較輸出；φ(VinA)為A通道的輸入信號(hào)相位；φ(VinB)為B通道的輸入信號(hào)相位；Vφ為斜率；Vphs為相位比較輸出。