寬帶阻抗測量儀的設計——信號檢測電路設計（一）

信號調理電路主要是使輸入的信號幅度滿足幅相檢測芯片AD8302的要求，保證測量的精度，并濾除干擾信號。通過對數放大器測定信號的能量，經A/D轉換為數字信號由DSP處理，根據結果來控制調理電路中的增益放大器的放大倍數，從而使信號幅度滿足AD8302的要求。

對兩輸入信號的調理按照兩方面進行：一是對輸入信號（被測網絡的輸出信號）和參考信號的幅度進行可控放大或衰減；二是對輸入信號的噪聲干擾進行抑制。

信號檢測電路的設計如圖4-6所示。

圖中使用可控增益放大器AD8369對輸入信號和參考信號的幅度進行調節，把兩信號控制在AD8302所要求的范圍內，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。

AD8369采用了并行方式進行增益的設置，接收信號的一端并聯了100的電阻是為了保證系統為50系統，因AD8369的輸入端到地的等效阻抗為100，并聯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中的外來噪聲和參考信號中高頻噪聲，其設計過程和LPF1、LPF2的設計相同，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調理與檢波鑒相電路形成一個閉環的控制系統。當輔助檢波電路發現輸入信號幅度太小或過大時，系統可自動調整圖4-6中控制輸入信號的可控增益放大器AD8369的放大倍數或衰減倍數。

輔助檢波電路使用了對數放大器AD8307，AD8307為單端5V電壓供電，150μA的靜態電流，其帶寬為500MHz，輸入信號的動態范圍達92dB：- 75dBm~+17dBm。當輸入信號小于-75dBm時，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功率接近-30dBm的原則進行控制。故輔助檢波電路中使用AD8307可以達到準確控制AD8302輸入信號大小，提高檢波與鑒相的效果。

AD8307的內部具有6個放大單元，可起到放大或限制功能，每個單元的增益為14.3dB且小信號帶寬為900MHz，這些單元可以起到對數放大功能，增益可達86dB，檢測單元對信號也具有14.3dB的放大增益，但考慮到檢測單元內的被動衰減，使得可檢測信號的總范圍在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，能帶隙電路還會影響到對數放大器的斜率和穩定性，AD8307通過引腳ENB（引腳6）來使能該電路。檢測單元對輸入信號檢測后輸出為電流信號，該電流的斜率為2μA/dB，當外部輸出引腳4懸空時，輸出電壓的斜率由于該電流流經唯一的到地電阻12.5K，因而固定為25mV/dB。當AD8307的輸出引腳4和引腳5接有電阻時，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為20mV/dB±10%；輸出信號的截止電壓隨VR 2的改變而有±3dB的波動。

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

當AD8307在ENB（引腳6）接高（5V供電）時，輸出電壓斜率和截止電壓不進行調節的情況下，其輸出電壓與輸入信號功率的對應關系見式（4- 6）。

其中V OUT為引腳4所輸出電壓，V IN為輸入信號的幅度，上式可以轉化為輸入信號功率和輸出電壓的關系，見式（4-7）。

輸入信號的功率和輸出電壓關系可如圖4-8所示。

由圖中可以看出AD8307把動態范圍較寬的輸入信號轉化為僅有3V變化范圍的輸出信號，可以有效的檢測輸入信號的幅度。系統根據AD8307對輸入信號的檢測，適當控制可控增益放大器AD8369，形成了一個閉環控制系統。