RF 至位解决方案可为材料分析应用提供精密的相位和幅度数
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接收器子系统评估结果
表3. 0 dBm RF 输入幅度条件下某些目标相位输入端实现的结果。
| 目标相位 | I 通道完全校 正输入电压 本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201702/338426.htm | Q 通道完全校 正输入电压 | 完全校正相 位结果 | 绝对实测相位 误差 |
| –180° | –1.172V | +0.00789V | –180.386° | 0.386° |
| –90° | –0.00218V | –1.172V | –90.107° | 0.107° |
| 0° | +1.172V | +0.0138V | +0.677° | 0.676° |
| +90° | +0.000409V | +1.171V | +89.98° | 0.020° |
| +180° | –1.172V | +0.0111V | +180.542° | 0.541° |
图8 为实测绝对相位误差直方图，其中，对于从–180° 到 +180°的 每10°步长，其精度均高于1°。
图8. 0 dBm输入电平（相位步长为10°）条件下的实测绝对相位误差直方图
为了在任何给定输入电平条件下精确测量相位，RF 相对于LO 的感知相移误差(ϕPHASE_SHIFT)应恒定不变。如果实测相移误差开始以目标相位步长(ϕTARGET)或幅度函数的形式发生变化，则这里所提校准程序的精度将开始下降。室温下的评估结果显示，900 MHz条件下，对于最大值为11.6 dBm、最小值约为–20 dBm 的RF 幅度而言，相移误差保持相对恒定。
图9 所示为接收器子系统的动态范围以及相应幅度导致的额外相位误差。当输入幅度降至–20 dBm 以下时，相位误差校准精度将开始下滑。系统用户需要确定可接受的信号链误差水平，以确定可接受的最小信号幅度。
图9. 接收器子系统的动态范围以及相应的额外相位误差
图9 所示结果用5 V ADC 基准电压源收集。该ADC 基准电压源的幅度可以降低，从而为系统提供更小的量化水平。这样，在小信号条件下，相位误差精度会略有提升，但会增加系统饱和几率。为了提高系统动态范围，另一种不错的选择是采用一种过采样方案，该方案可以提高ADC 的无噪声位分辨率。求均值的采样每增加一倍，结果可使系统分辨率增加½ LSB。给定分辨率增量的过采样比计算方法如下：
当噪声幅度不再能随机改变各采样的ADC 输出代码时，过采样会达到一个效益递减点。在该点时，系统的有效分辨率将不能再次提升。过采样导致的带宽下降并非大问题，因为系统是以缓慢变化的幅度测量信号的。
AD7903 评估软件提供一个校准程序，允许用户针对三个误差源，对ADC 输出结果进行校正：相位、增益和失调。用户需要收集系统未经校正的结果，确定本文计算的校准系数。图10 所示为图形用户界面，其中，校准系数已高亮显示。 系数一旦确定，则可利用这个面板来计算解调器的相位和幅度。极化坐标为观测到的RF 输入信号提供了一种直观的呈现方式。幅度和相位计算通过等式1 和等式2 计算。用"采样数(Num Samples)"下拉框，通过调整每次捕获的采样数，可实现对过采样比的控制。
图10. 接收器子系统校准GUI
结论
本文探讨了远程检测应用面临的主要挑战，并提出了一种利用ADL5380、ADA4940-2 和AD7903 接收器子系统的新型解决方案，该方案可以精确、可靠地测量材料内容。提出的信号链具有宽动态范围的特点，在900 MHz 条件下，可实现0°至360°的测量范围，精度优于1°。
参考文献
Mallach, Malte 和 Thomas Musch, "Ultra-Wideband Microwave Tomography: A Concept for Multiphase Flow Measurement"（超宽带 微波扫描技术：多相流测量新概念" GeMiC 2014，德国亚琛，2014 年3 月10-12 日。 Ryan Curran
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