基于AD8302的相位差測量系統(tǒng)設計

美國ADI推出的AD8302型相位檢測芯片。該芯片能精確測量2個獨立的射頻(RF)、中頻(IF)或低頻信號的增益、相位差及頻率。但該芯片的測量相位差的范圍只有0°~180°。

鑒相芯片AD8302簡介

芯片AD8302的功能框圖如圖1所示，它內部包含2個精密匹配的寬帶對數(shù)放大器、1個寬帶相位檢測器、1.8V精密基準源，以及模擬標定電路和接口電路，AD8302能精確測量兩個信號之間的幅度和相位差主要基于對數(shù)放大器的對數(shù)壓縮功能，通過精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器來實現(xiàn)對兩輸入通道的幅度和相位差測量，能同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內2個輸入信號之間的增益(亦稱幅度比)和相位差。AD8302不僅能測量放大器、混頻器等電路的增益和相位差，而且特別適合對無線基站及測試設備的檢測。

圖1 芯片AD8302的內部功能框圖

從芯片的介紹資料上可知，AD8302的相位差檢測的范圍是0°~180°，對應的輸出電壓變化范圍是0V~1.8V,輸出電壓靈敏度為10mV/度，測量誤差小于0.5°。當相位差Δφ=0°時，輸出電壓為1.8V,當Δφ=180°時，輸出電壓為30mV,輸出電流為8mA.相位輸出時的轉換速率為30MHz,響應時間為40ns~500ns.AD8302的相位差響應曲線如圖2所示，從圖中可以看出，從-180°~+180°，相位檢測結果是用0~1.8V的電壓值來表示的，這將引入一個模糊的測量結果。比如當相位變化是45°和-45°時，檢測結果將輸出1個相同的值，而無法判斷是哪個值，因此該芯片的測量范圍比較小。這也影響了該芯片的應用范圍。

本設計鑒相電路的介紹

本設計通過增加一個90度電橋和一個功分器來實現(xiàn)基于AD8302的0°到360°的相位差檢測。電路結構如圖3所示兩路輸入的射頻信號RF1和RF2,第一路信號RF1通過一個90度的電橋分成兩路正交信號φ1,φ1',第二路信號RF2通過功分器分成兩路相位相等的信號φ2.假設兩路信號相位差為45°，則圖3中上路AD8302檢測的相位差φa=φ1-φ2=45°，則下路的AD8302檢測的相位差φb=φ1'-φ1=135°。則上路的鑒相輸出的電壓為135mV,從圖2 AD8302的鑒相響應曲線上可知，如果僅僅得知輸出電壓為135mV的話只能推測兩路信號的相位差為45°或-45°，因此需要第二路的鑒相輸出電壓輔助判斷，如果兩路信號的相位差是45°則下路的AD8302的兩路輸入相位差為135度，因此輸出電壓應為45mV,如果兩路輸入信號的相位差-45°，則下路的兩路輸入信號相位差為45度，輸出電壓應為135mV,這樣就可以判斷兩路信號RF1和RF2的相位差是45°還是-45°。

圖2 AD8302的相位差響應曲線

圖3 本設計電路結構圖