一种新型相位差测量系统
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关键词: 相位差；测量
引言
在实际工作中，经常会遇到需要检测两个信号的相位差，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。近年来，随着以计算机参与的数字合成和使用数据样本求解测量特性为特征的第三代自动测试系统和虚拟仪器的出现，提出了使用同步实时取样技术获得取样序列，从而计算两信号之间的相位差的方法。虽然这些方法都不再依赖于标准时标信号，而直接通过采样点经过数值处理即可得到被测信号相位，但其被测信号的频率都很低，最高也只有几十KHz，而且计算复杂、运算量大，已经远远不能满足现代相控阵技术的要求。
本文提出了一种基于AD8302的新型相位差测量系统，被测信号的频率可以高达2.7GHz，相位测量精度小于0.5度。另外，它可以独立测量两个射频(RF)或中频(IF)信号之间的相位差，这对于全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、宽带码分多址(W-CDMA)、时分多址(TDMA)蜂窝电话、个人通信业务(PCS)、宽带基础设施网络以及现代相控阵系统来说意义重大。
图1 系统框图
系统结构
本系统主要由相位差测量芯片AD8302、4通道A/D转换芯片AD7865、可编程逻辑器件EPM7256、PCI接口芯片S5933等几部分组成，其中核心部分是相位差测量芯片AD8302、4通道A/D转换芯片AD7865以及PCI接口的实现。其系统硬件原理框图示于图1。
系统工作原理：将需要测量的信号及其参考信号送给相位差测量芯片AD8302，AD8302将输出相位差信号VPHS，缓慢变化的VPHS信号经过差分放大后送给4通道14位的A/D转换芯片AD7865，AD7865在可编程逻辑器件的控制下将数据写入FIFO中，FIFO在可编程逻辑器件的控制下，通过PCI接口芯片S5933实现与PCI接口间的数据交换，再由相位差测量算法完成最终的相位差测量。
相位差测量电路的硬件实现
影响整个系统性能的关键部分在于相位差测量电路，相位差测量电路的核心器件为相位差测量芯片AD8302。AD8302是ADI公司用于RF/IF相位差测量的单片集成电路，它能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内的两输入信号之间的相位差。它有测量、控制器和电平比较器三种工作方式，我们采用的是测量工作方式，其电路原理图如图2所示。
图2 相位差测量电路
图3 AD8302相位差响应特性曲线
AD8302利用对数放大器具有对数压缩功能的原理，通过精密匹配的两个宽带对数检波器来实现对两输入通道信号的相位差测量，其相位差测量方程式为：
(1)
其中F(VINA)为A通道的输入信号初相位，F(VINB)为B通道的输入信号初相位，VF为斜率，VPHS为相位差输出。默认测量模式下的相位差的理想响应特性曲线如图3所示。
由AD8302的相位差响应特性曲线可见，我们不能判断所测信号与参考信号的相位差是在0~-180度还是在0~+180度，但是在0~-180度和在0~+180度时AD8302的相位差响应特性曲线的斜率不同，为此我们通过改变参考信号的初相位得到两组值，根据得到的两组值即可判断出所测信号相位差的正负。
另外，通过实测AD8302的相位差响应特性，我们还发现AD8302的低频相位差特性与高频相位差特性还是略有差别的，为了提高整个系统的相位差测量精度，因此很有必要在软件算法上加以修正。经过分析我们确定相位差测量算法以相位差为
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