寬帶阻抗測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)——信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)（一）

信號(hào)調(diào)理電路主要是使輸入的信號(hào)幅度滿足幅相檢測(cè)芯片AD8302的要求，保證測(cè)量的精度，并濾除干擾信號(hào)。通過(guò)對(duì)數(shù)放大器測(cè)定信號(hào)的能量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由DSP處理，根據(jù)結(jié)果來(lái)控制調(diào)理電路中的增益放大器的放大倍數(shù)，從而使信號(hào)幅度滿足AD8302的要求。

對(duì)兩輸入信號(hào)的調(diào)理按照兩方面進(jìn)行：一是對(duì)輸入信號(hào)（被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)）和參考信號(hào)的幅度進(jìn)行可控放大或衰減；二是對(duì)輸入信號(hào)的噪聲干擾進(jìn)行抑制。

信號(hào)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)如圖4-6所示。

圖中使用可控增益放大器AD8369對(duì)輸入信號(hào)和參考信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，把兩信號(hào)控制在AD8302所要求的范圍內(nèi)，一方面避免損壞器件，另一方面使增益和相位得到有效檢測(cè)。

AD8369采用了并行方式進(jìn)行增益的設(shè)置，接收信號(hào)的一端并聯(lián)了100的電阻是為了保證系統(tǒng)為50系統(tǒng)，因AD8369的輸入端到地的等效阻抗為100，并聯(lián)100電阻后其輸入阻抗為50。

在圖4-6中的橢圓低通濾波器是為了抑制輸入信號(hào)中的外來(lái)噪聲和參考信號(hào)中高頻噪聲，其設(shè)計(jì)過(guò)程和LPF1、LPF2的設(shè)計(jì)相同，可以直接采用圖3-5中的元件值。AD8302輸入端口的1nF電容起隔直的作用。

4.2.3輔助檢波電路

輔助檢波電路的目的是為了使信號(hào)調(diào)理與檢波鑒相電路形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。當(dāng)輔助檢波電路發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)幅度太小或過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整圖4-6中控制輸入信號(hào)的可控增益放大器AD8369的放大倍數(shù)或衰減倍數(shù)。

輔助檢波電路使用了對(duì)數(shù)放大器AD8307，AD8307為單端5V電壓供電，150μA的靜態(tài)電流，其帶寬為500MHz，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)92dB：- 75dBm~+17dBm。當(dāng)輸入信號(hào)小于-75dBm時(shí)，可參照表3-7加大AD8369的增益；一般情況下，AD8369的增益可按照使輸入信號(hào)功率接近-30dBm的原則進(jìn)行控制。故輔助檢波電路中使用AD8307可以達(dá)到準(zhǔn)確控制AD8302輸入信號(hào)大小，提高檢波與鑒相的效果。

AD8307的內(nèi)部具有6個(gè)放大單元，可起到放大或限制功能，每個(gè)單元的增益為14.3dB且小信號(hào)帶寬為900MHz，這些單元可以起到對(duì)數(shù)放大功能，增益可達(dá)86dB，檢測(cè)單元對(duì)信號(hào)也具有14.3dB的放大增益，但考慮到檢測(cè)單元內(nèi)的被動(dòng)衰減，使得可檢測(cè)信號(hào)的總范圍在90dB左右。這些功能單元的偏置受到能帶隙參考和增益的影響，能帶隙電路還會(huì)影響到對(duì)數(shù)放大器的斜率和穩(wěn)定性，AD8307通過(guò)引腳ENB（引腳6）來(lái)使能該電路。檢測(cè)單元對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)后輸出為電流信號(hào)，該電流的斜率為2μA/dB，當(dāng)外部輸出引腳4懸空時(shí)，輸出電壓的斜率由于該電流流經(jīng)唯一的到地電阻12.5K，因而固定為25mV/dB。當(dāng)AD8307的輸出引腳4和引腳5接有電阻時(shí)，如圖4-7所示。

那么AD8307輸出電壓的斜率因輸出端電阻而改變?yōu)?0mV/dB±10%；輸出信號(hào)的截止電壓隨VR 2的改變而有±3dB的波動(dòng)。

如果需要更大的輸出電壓斜率則需加運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖4-7中所加的額外運(yùn)放，該運(yùn)放的輸出端口的電壓斜率受R 2值大小的影響。當(dāng)R 2 =4.99K時(shí)，輸出電壓斜率為25mV/dB；當(dāng)R 2 =30.1K時(shí)，輸出電壓斜率為50mV/dB；當(dāng)R 2 =80.6K時(shí)，輸出電壓斜率為100mV/dB。

當(dāng)AD8307在ENB（引腳6）接高（5V供電）時(shí)，輸出電壓斜率和截止電壓不進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，其輸出電壓與輸入信號(hào)功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)式（4- 6）。

其中V OUT為引腳4所輸出電壓，V IN為輸入信號(hào)的幅度，上式可以轉(zhuǎn)化為輸入信號(hào)功率和輸出電壓的關(guān)系，見(jiàn)式（4-7）。

輸入信號(hào)的功率和輸出電壓關(guān)系可如圖4-8所示。

由圖中可以看出AD8307把動(dòng)態(tài)范圍較寬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為僅有3V變化范圍的輸出信號(hào)，可以有效的檢測(cè)輸入信號(hào)的幅度。系統(tǒng)根據(jù)AD8307對(duì)輸入信號(hào)的檢測(cè)，適當(dāng)控制可控增益放大器AD8369，形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。