高精度幅相檢測系統的設計

摘要：為了提高幅相檢測精度、簡化電路、擴展頻率范圍，設計了一種基于AD8302高精度幅度相位檢測系統。通過分析AD8302的特點以及工作原理，提出了幾種提高相位檢測精度的方法，并設計采用AD8302、DDS和單片機組成高精度幅相檢測系統，成功地解決了AD8302相位檢測過程中存在的二值性、非線性、移相以及校準問題，實現兩路模擬輸入信號的相位差和幅度差的精確測量。測試結果表明基于AD8302的幅相檢測系統具有精度高、抗干擾能力強等優點。
關鍵詞：AD8302；幅相檢測；相位差；DDS；移相

由于傳統的數字或模擬幅度相位檢測方法電路復雜，易受干擾測量精度低，而且適用的頻率范圍窄，只能測量中低頻信號，因此研究出一種電路簡單、測量精度高、測量頻帶寬的新型幅相檢測方法就具有很重要的意義。文中設計了一種基于AD8302的高精度幅相檢測系統，可精確測量兩個獨立的射頻、中頻或低頻信號的幅度相位差，測量精度高，可廣泛用于在信號變換、信息采集、控制以及通信等領域。

1 AD8302工作原理
AD8302是ADI公司推出的用于RF／IF幅度和相位測量的首款單片集成電路，它能同時測量從低頻到2．7 GHz頻率范圍內兩輸入信號之間的幅度比和相位差。AD8302主要由精密匹配的兩個寬帶對數放大器、一個相位檢測器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器組成，其功能結構框圖如圖1所示。AD8302之所以能進行幅度和相位差的精確測量主要是由于其內部的兩個寬帶對數放大器，每一個寬帶對數放大器都由6個10 dB增益級串聯而成，6個增益級都帶有7個輔助濾波器，這樣的結構使它具有的對數的壓縮功能，可以將寬頻帶的兩個輸入電壓變為窄帶的分貝刻度輸出，從而實現了對兩個輸入信號增益的測量。測量后的結果是將輸入信號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的電壓輸出。

AD8302通過精密匹配的2個寬帶對數放大器來實現對2個輸入通道信號的幅度和相位測量，其幅度和相位測量方程式為：

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