用AD8302實現(xiàn)幅相測量系統(tǒng)
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關鍵詞： 幅度；相位；測量
引言
AD8302是ADI公司2001年底推出的用于RF/IF幅度和相位測量的首款單片集成電路，主要由精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)的兩輸入信號之間的幅度比和相位差。該器件將精密匹配的兩個對數(shù)檢波器集成在一塊芯片上，因而可將誤差源及相關溫度漂移減小到最低限度，幅度測量的動態(tài)范圍擴展到60dB，而相位測量范圍可達180度。
AD8302工作原理
AD8302幅度和相位測量原理
AD8302幅度和相位測量原理是基于對數(shù)放大器具有對數(shù)壓縮的功能，一般數(shù)學表達式為：
(1)
其中，Vin為輸入電壓，Vz為截距，VSLP為斜率。
AD8302正是利用上述原理，通過精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器來實現(xiàn)對兩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：
(2)
(3)
其中，為A通道的輸入信號幅度，為B通道的輸入信號幅度，為斜率，為幅度比較輸出；為A通道的輸入信號相位，為B通道的輸入信號相位，為斜率，為相位比較輸出。
AD8302測量工作模式
AD8302主要有測量、控制器和電平比較器三種工作方式，但其主要的功能是測量幅度和相位。如圖1所示，當芯片輸出引腳VMAG和VPHS直接跟芯片反饋設置輸入引腳MSET和PSET相連時，芯片的測量模式將工作在默認的斜率和中心點上(精確幅度測量比例系數(shù)為：30mV/dB，精確相位測量比例系數(shù)為：10mV/度)。另外測量模式下，工作斜率和中心點可以通過引腳MSET和PSET的分壓加以修改。
在低頻條件下，幅度和相位測量方程式為：
(4)
(5)
(6)
其中：PINA和PINB是功率(單位為dBm)，在指定的參考阻抗下，它們可以與VINA和VINB(單位為V)等價。對于幅度測量方程，RFISLP代表斜率為600mV/度或30mV/dB，中心點900mV代表0dB增益， -30dB～+30dB的增益范圍對應于0V～1.8V的輸出電壓范圍。對于相位測量方程，RFIΦ代表斜率為10mV/度，中心點900mV對應90度，0~180度的相位范圍對應于1.8V～0V的輸出電壓范圍。默認測量模式下的幅度和相位的理想響應特性曲線如圖2，3所示。
典型應用
由于AD8302將測量幅度和相位的能力集中在一塊集成電路內(nèi)，所以由它構成的系統(tǒng)能精確判斷信號的純度，并對系統(tǒng)性能水平進行精確監(jiān)測和校準。目前它可以廣泛應用于RF/IF功率放大器線性比的測量、RF功率的精確控制、遠程系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷等方面，下面介紹兩種典型的應用。
AD8302測量放大器或混頻器的插入損耗和相位
AD8302最基本的應用是監(jiān)測諸如放大器、混頻器等電路的幅度和相位的響應特性。如圖4所示，通過定向耦合器DCB或DCA耦合取樣黑匣子的輸入和輸出信號，衰減器ATTENA和ATTENB的作用是使定向耦合器耦合取樣的信號幅度低于AD8302輸入信號幅度的動態(tài)范圍。通過對AD8302動態(tài)范圍的討論，對于50歐姆系統(tǒng)而言，其兩通道最佳點位于POPT=-30dBm處，為了達到最佳點，耦合系數(shù)和衰減因子由下式可得：
(7)
(8)
其中，和為耦合系數(shù)，LA和LB為衰減因子，GAINNOM為放大器額定增益。
AD8302測量對任意負載的矢量反射系數(shù)
AD8302還可以用于測量相對于某一負載的入射信號和反射信號之間的幅度比和相位差。如圖5所示，矢量反射系數(shù)定義為：
=反射電壓/入射電壓= (9)
其中，為負載復阻抗，為系統(tǒng)特性阻抗。精確的矢量反射系數(shù)可以用來計算阻抗失配水平，在監(jiān)測諸如天線等變化負載阻抗的應用中是非常有用的。因為變化的負載阻抗能導致系統(tǒng)性能的降低甚至會引起系統(tǒng)物理損壞，因此實時監(jiān)測變化負載阻抗的矢量反射系數(shù)將是十分有意義的。為達到最佳工作狀態(tài)，耦合系數(shù)和衰減因子由下式可得：
(10)
(11)
其中 為額定的反射系數(shù)(dB)。
結(jié)語
AD8302能將測量幅度和相位的能力集中在一塊集成電路內(nèi)，使原本十分復雜的幅相檢測系統(tǒng)的設計大大簡化，而且系統(tǒng)性能得到極大提高。據(jù)此設計的三路幅相檢測電路已成功應用于交流三相電的實時幅相監(jiān)控系統(tǒng)中，新系統(tǒng)幅相檢測的精度大大高于原系統(tǒng)幅相檢測的精度，并且新系統(tǒng)的可靠性能得到很大的提高?！?
參考文獻
1 Analog Devices. AD8302 Data sheet. 2001
2方林海, 盛宗寅.《電子測量和儀表》. EEI. 1986
3張是勉,關山.《自動檢測系統(tǒng)實踐》.中國科學技術大學出版社.1990
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