基于AD8302的相位差測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

美國(guó)ADI推出的AD8302型相位檢測(cè)芯片。該芯片能精確測(cè)量2個(gè)獨(dú)立的射頻(RF)、中頻(IF)或低頻信號(hào)的增益、相位差及頻率。但該芯片的測(cè)量相位差的范圍只有0°~180°。

鑒相芯片AD8302簡(jiǎn)介

芯片AD8302的功能框圖如圖1所示，它內(nèi)部包含2個(gè)精密匹配的寬帶對(duì)數(shù)放大器、1個(gè)寬帶相位檢測(cè)器、1.8V精密基準(zhǔn)源，以及模擬標(biāo)定電路和接口電路，AD8302能精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的幅度和相位差主要基于對(duì)數(shù)放大器的對(duì)數(shù)壓縮功能，通過精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)檢波器來實(shí)現(xiàn)對(duì)兩輸入通道的幅度和相位差測(cè)量，能同時(shí)測(cè)量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)2個(gè)輸入信號(hào)之間的增益(亦稱幅度比)和相位差。AD8302不僅能測(cè)量放大器、混頻器等電路的增益和相位差，而且特別適合對(duì)無線基站及測(cè)試設(shè)備的檢測(cè)。

圖1 芯片AD8302的內(nèi)部功能框圖

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

本設(shè)計(jì)鑒相電路的介紹

本設(shè)計(jì)通過增加一個(gè)90度電橋和一個(gè)功分器來實(shí)現(xiàn)基于AD8302的0°到360°的相位差檢測(cè)。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示兩路輸入的射頻信號(hào)RF1和RF2,第一路信號(hào)RF1通過一個(gè)90度的電橋分成兩路正交信號(hào)φ1,φ1',第二路信號(hào)RF2通過功分器分成兩路相位相等的信號(hào)φ2.假設(shè)兩路信號(hào)相位差為45°，則圖3中上路AD8302檢測(cè)的相位差φa=φ1-φ2=45°，則下路的AD8302檢測(cè)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(yīng)曲線上可知，如果僅僅得知輸出電壓為135mV的話只能推測(cè)兩路信號(hào)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(hào)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(yīng)為45mV,如果兩路輸入信號(hào)的相位差-45°，則下路的兩路輸入信號(hào)相位差為45度，輸出電壓應(yīng)為135mV,這樣就可以判斷兩路信號(hào)RF1和RF2的相位差是45°還是-45°。

圖2 AD8302的相位差響應(yīng)曲線

圖3 本設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)圖