高精度幅相检测系统的设计

摘要：为了提高幅相检测精度、简化电路、扩展频率范围，设计了一种基于AD8302高精度幅度相位检测系统。通过分析AD8302的特点以及工作原理，提出了几种提高相位检测精度的方法，并设计采用AD8302、DDS和单片机组成高精度幅相检测系统，成功地解决了AD8302相位检测过程中存在的二值性、非线性、移相以及校准问题，实现两路模拟输入信号的相位差和幅度差的精确测量。测试结果表明基于AD8302的幅相检测系统具有精度高、抗干扰能力强等优点。
关键词：AD8302；幅相检测；相位差；DDS；移相

由于传统的数字或模拟幅度相位检测方法电路复杂，易受干扰测量精度低，而且适用的频率范围窄，只能测量中低频信号，因此研究出一种电路简单、测量精度高、测量频带宽的新型幅相检测方法就具有很重要的意义。文中设计了一种基于AD8302的高精度幅相检测系统，可精确测量两个独立的射频、中频或低频信号的幅度相位差，测量精度高，可广泛用于在信号变换、信息采集、控制以及通信等领域。

1 AD8302工作原理
AD8302是ADI公司推出的用于RF／IF幅度和相位测量的首款单片集成电路，它能同时测量从低频到2．7 GHz频率范围内两输入信号之间的幅度比和相位差。AD8302主要由精密匹配的两个宽带对数放大器、一个相位检测器、输出放大器组、一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器组成，其功能结构框图如图1所示。AD8302之所以能进行幅度和相位差的精确测量主要是由于其内部的两个宽带对数放大器，每一个宽带对数放大器都由6个10 dB增益级串联而成，6个增益级都带有7个辅助滤波器，这样的结构使它具有的对数的压缩功能，可以将宽频带的两个输入电压变为窄带的分贝刻度输出，从而实现了对两个输入信号增益的测量。测量后的结果是将输入信号的相位差变换为电压输出，范围是0～1．8V，幅度之比也变换为相应的电压输出。

AD8302通过精密匹配的2个宽带对数放大器来实现对2个输入通道信号的幅度和相位测量，其幅度和相位测量方程式为：

式中：VinA为A通道的输入信号幅度；VinB为B通道的输入信号幅度；Vslp为斜率；Vmag为幅度比较输出；φ(VinA)为A通道的输入信号相位；φ(VinB)为B通道的输入信号相位；Vφ为斜率；Vphs为相位比较输出。