高精度幅相检测系统的设计

为了准确地判断出相位差的正负，我们用附加相移的参考信号再次与待测信号进行测量，例如将参考信号向左转移90度，相位差则向右转移90度，此时A与B将成为点A’与B’，这时就可以通过测量到的电压值来判断出相位差的正负，如果测量的电压值是A’的电压值那么待测信号与参考信号的相位差就可判断为A。利用移相的方法可以很好地解决AD8302相位检测二值性判断问题。
2．2 AD8302相位检测非线性问题
许多相位检测器在接近0或180度时都有很大的误差存在非线性问题，AD8302也不例外，据数据手册可知，当输入信号在900 MHz时，AD8 302在其整个180°的测量范围内能使相位测量精度线性保持在±1°以内的部分只有143°，而在0°或180°附近最大误差超过8°。为了使整个测量范围内测量精度基本一致，可采用了两路相位差信号相互校准的方法进行测量。例如图2中相位差A在0°或180°附近时，移相相位差A’就会在90°或270°附近，输出信号在测量的线性区域精度较高，因此，可采用输出信号A’的测量结果作为测量结果。反之，当输出信号A’的相位差在0°或180°附近时，输出信号A的相位差就会在90°或270°附近，此时，输出信号A在测量的线性区域精度较高，因此，可采用输出信号A的测量结果作为测量结果。最后处理时只需要加上或减去移相器移相的相位即可。
2．3 移相方法分析
信号移相的方法有很多，比如延迟线、移相器以及滤波器等。延迟线在一般的处理过程中可视为无耗传输线，设在同轴电缆的始端接入相位为ω，经过长度L传输后，得到引入的相位滞后是△φ=2πfL／c，显然这是一个正比于频率的量。而无论是数字移相器还是模拟移相器大多也是利用延迟单元或不同电长度的传输线构成，他们延迟精度主要依赖于延迟器件的稳定度及其本身延迟时间的漂移大小，而且工作频带大多是窄频带。显然，延迟线或移相器都不适合应用在0～100MHz频段。
DDS技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式的信号合成技术。使用DDS进行移相有诸多优点，首先，DDS相位分辨率高，含有14位相位寄存器的DDS相位最小分辨率可达到0．022度；其次，DDS输出频率相对带宽很宽，输出的最高频率一般可达0．4fc，其中fc为DDS的系统时钟；再次，DDS可编程、全数字化、相位输出连续。为此，利用DDS输出的参考信号在宽频带内相位可控、移相精度高误差小、相位转换速率快，充分地克服了以往移相器件的不足，这样的参考信号在AD8302中分别与待测信号进行比较，测量出的相位差与幅度差精度高。
2．4 相位检测系统校准
当把AD8302的输出引脚VMAG和VPHS直接与芯片反馈设置输入引脚MSET和PSET相连时，芯片的测量模式将工作在默认的斜率和中心点上，精确幅度测量比例系数为30 mV／dB，精确相位测量比例系数为10 mV／度。根据实际测量可知，AD8302在不同频率下幅相系数并不相同，为了提高检测精度必须对其进行校准。校准的方法是把整个频段分为若干个小频段，利用专业仪器例如矢量网络分析仪在频段内对幅相差进行测量，根据测量值通过比对计算来确定精确的比例系数。