高精度幅相檢測系統(tǒng)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(tǒng)。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(tǒng)，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(xiàn)兩路模擬輸入信號的相位差和幅度差的精確測量。測試結(jié)果表明基于AD8302的幅相檢測系統(tǒng)具有精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：AD8302；幅相檢測；相位差；DDS；移相

由于傳統(tǒng)的數(shù)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(tǒng)，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(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(nèi)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(shù)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(jié)構(gòu)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(nèi)部的兩個寬帶對數(shù)放大器，每一個寬帶對數(shù)放大器都由6個10 dB增益級串聯(lián)而成，6個增益級都帶有7個輔助濾波器，這樣的結(jié)構(gòu)使它具有的對數(shù)的壓縮功能，可以將寬頻帶的兩個輸入電壓變?yōu)檎瓗У姆重惪潭容敵?，從而實現(xiàn)了對兩個輸入信號增益的測量。測量后的結(jié)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(shù)放大器來實現(xiàn)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。