高精度幅相檢測系統(tǒng)的設計

為了準確地判斷出相位差的正負，我們用附加相移的參考信號再次與待測信號進行測量，例如將參考信號向左轉(zhuǎn)移90度，相位差則向右轉(zhuǎn)移90度，此時A與B將成為點A’與B’，這時就可以通過測量到的電壓值來判斷出相位差的正負，如果測量的電壓值是A’的電壓值那么待測信號與參考信號的相位差就可判斷為A。利用移相的方法可以很好地解決AD8302相位檢測二值性判斷問題。
2．2 AD8302相位檢測非線性問題
許多相位檢測器在接近0或180度時都有很大的誤差存在非線性問題，AD8302也不例外，據(jù)數(shù)據(jù)手冊可知，當輸入信號在900 MHz時，AD8 302在其整個180°的測量范圍內(nèi)能使相位測量精度線性保持在±1°以內(nèi)的部分只有143°，而在0°或180°附近最大誤差超過8°。為了使整個測量范圍內(nèi)測量精度基本一致，可采用了兩路相位差信號相互校準的方法進行測量。例如圖2中相位差A在0°或180°附近時，移相相位差A’就會在90°或270°附近，輸出信號在測量的線性區(qū)域精度較高，因此，可采用輸出信號A’的測量結(jié)果作為測量結(jié)果。反之，當輸出信號A’的相位差在0°或180°附近時，輸出信號A的相位差就會在90°或270°附近，此時，輸出信號A在測量的線性區(qū)域精度較高，因此，可采用輸出信號A的測量結(jié)果作為測量結(jié)果。最后處理時只需要加上或減去移相器移相的相位即可。
2．3 移相方法分析
信號移相的方法有很多，比如延遲線、移相器以及濾波器等。延遲線在一般的處理過程中可視為無耗傳輸線，設在同軸電纜的始端接入相位為ω，經(jīng)過長度L傳輸后，得到引入的相位滯后是△φ=2πfL／c，顯然這是一個正比于頻率的量。而無論是數(shù)字移相器還是模擬移相器大多也是利用延遲單元或不同電長度的傳輸線構(gòu)成，他們延遲精度主要依賴于延遲器件的穩(wěn)定度及其本身延遲時間的漂移大小，而且工作頻帶大多是窄頻帶。顯然，延遲線或移相器都不適合應用在0～100MHz頻段。
DDS技術(shù)是一種把一系列數(shù)字量形式的信號通過DAC轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號合成技術(shù)。使用DDS進行移相有諸多優(yōu)點，首先，DDS相位分辨率高，含有14位相位寄存器的DDS相位最小分辨率可達到0．022度；其次，DDS輸出頻率相對帶寬很寬，輸出的最高頻率一般可達0．4fc，其中fc為DDS的系統(tǒng)時鐘；再次，DDS可編程、全數(shù)字化、相位輸出連續(xù)。為此，利用DDS輸出的參考信號在寬頻帶內(nèi)相位可控、移相精度高誤差小、相位轉(zhuǎn)換速率快，充分地克服了以往移相器件的不足，這樣的參考信號在AD8302中分別與待測信號進行比較，測量出的相位差與幅度差精度高。
2．4 相位檢測系統(tǒng)校準
當把AD8302的輸出引腳VMAG和VPHS直接與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30 mV／dB，精確相位測量比例系數(shù)為10 mV／度。根據(jù)實際測量可知，AD8302在不同頻率下幅相系數(shù)并不相同，為了提高檢測精度必須對其進行校準。校準的方法是把整個頻段分為若干個小頻段，利用專業(yè)儀器例如矢量網(wǎng)絡分析儀在頻段內(nèi)對幅相差進行測量，根據(jù)測量值通過比對計算來確定精確的比例系數(shù)。