AD8302幅相測(cè)量芯片的功能特點(diǎn)及典型應(yīng)用介紹

1、AD8302的特點(diǎn)及功能

AD8302是ADI公司于2001年10月推出的用于RF／IF幅度和相位測(cè)量的首款單片集成電路，它能同時(shí)測(cè)量從低頻到2．7GHz頻率范圍內(nèi)兩輸入信號(hào)之間的幅度比和相位差。該器件將精密匹配的兩個(gè)對(duì)數(shù)檢波器集成在一塊芯片上，因而可將誤差源及相關(guān)溫度漂移減小到最低限度。該器件在進(jìn)行幅度測(cè)量時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍可擴(kuò)展到60dB，而相位測(cè)量范圍則可達(dá)180度。

AD8302具有以下主要特點(diǎn)：

●可在低頻到2．7GHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量幅度和相位；

●對(duì)于50Ω的測(cè)量系統(tǒng)，其輸入范圍為-62dBm--2dBm；

●精確幅度測(cè)量比例系數(shù)為30mV／dB；

●精確典型值小于0．5dB；

●精確相位測(cè)量比例系數(shù)為10mV／度；

●精確典型值小于1度；

●該器件在操作時(shí)，具有測(cè)量、控制和電平比較三種工作方式； ●帶有穩(wěn)定的1．8V基準(zhǔn)電壓偏置輸出；

●視頻帶寬響應(yīng)為30MHz；

●采用2.7-5.5V單電源工作；

●采用小型14引腳TSSOP封裝。

圖1所示是AD8302的功能結(jié)構(gòu)框圖。它主要由精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)檢波器、一個(gè)相位檢波器、輸出放大器組、一個(gè)偏置單元和一個(gè)輸出參考電壓緩沖器組成。

2 AD8302的工作原理

2．1 AD8302的幅度和相位測(cè)量原理

AD8302的幅度和相位測(cè)量原理主要基于對(duì)數(shù)放大器的對(duì)數(shù)壓縮功能，其一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

VOUT=VsLplong（Vn／Vz）

其中，VIN為輸入電壓，VZ為截距，VsLP為斜率。

AD8302正是利用上述對(duì)數(shù)放大器的對(duì)數(shù)壓縮原理，并通過(guò)精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩輸入通道信號(hào)的幅度和相位的測(cè)量，其幅度和相位測(cè)量方程式如下：

VMAG=VsLPlOg（VINA／vINB）

VPHs=VΦ［Φ（VINA）-Φ（VINB）］

其中，VINA和VINB分別為A、B兩通道的輸入信號(hào)幅度，VSLP為斜率，VMAG為幅度比較輸出；Φ（VINA）和Φ（VINB）分別為A、B兩通道的輸入信號(hào)相位，VΦ為斜率，VPHS為相位比較輸出。

2.2 AD8302的測(cè)量工作模式

AD8302幅度和相位測(cè)量芯片在操作時(shí)主要有測(cè)量、控制和電平比較三種工作方式，但其主要的功能是測(cè)量幅度和相位。圖2所示為AD8302的測(cè)量模式連接電路。當(dāng)芯片輸出管腳VMAG和VPHS直接跟芯片反饋設(shè)置輸入管腳MSET和PSET相連時(shí)，芯片的測(cè)量模式將工作在默認(rèn)的斜率和中心點(diǎn)上（精確幅度測(cè)量比例系數(shù)為30mV／dB，精確相位測(cè)量比例系數(shù)10mV／度）。實(shí)際上，在測(cè)量模式下，電路的工作斜率和中心點(diǎn)是可以通過(guò)管腳MSET和PSET的分壓來(lái)加以修改的。

通常在低頻條件下，對(duì)幅度和相位進(jìn)行測(cè)量的方程式如下：

VMAG=RFIsLplog（VINA／VINB）+Vcp

VPHS=-RFIΦ（1Φ（VINA）-Φ（VINB）I-90°）+VCp

在幅度測(cè)量方程中，RFISLP代表的斜率為600MV／度或30mV／dB，在中心點(diǎn)900mV處，其增益為0dB，-30dB-+30dB的增益范圍對(duì)應(yīng)于0-1．8V的輸出電壓范圍；而在相位測(cè)量方程中，RFIΦ代表的斜率為10MV／度，中心點(diǎn)900mV所對(duì)應(yīng)的相位為90度，0-180度的相位范圍對(duì)應(yīng)于1．8-0V的輸出電壓范圍。

3 典型應(yīng)用

由于A(yíng)D8302將幅度和相位測(cè)量集中在一塊芯片內(nèi)，所以由它構(gòu)成的系統(tǒng)能精確判斷信號(hào)的 純度，并可對(duì)系統(tǒng)的性能水平進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)，因而可廣泛應(yīng)用于RF／IF功率放大器線(xiàn)性比的測(cè)量、RF功率的精確控制、遠(yuǎn)程系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷以及回波損耗和電壓等測(cè)量方面，下面介紹兩種AD8302的典型應(yīng)用。

3．1 放大器或混頻器插入損耗和相位的測(cè)量

AD8302最基本的應(yīng)用是監(jiān)測(cè)諸如放大器、混頻器等電路的幅度和相位的響應(yīng)特性。圖3所示是一種通過(guò)AD8302來(lái)測(cè)量放大器插入損耗和相位的具體電路。該電路通過(guò)定向耦合器DCB或DCA來(lái)耦合取樣黑匣子的輸入和輸出信號(hào)，衰減器ATTENA和ATTENB的作用是使定向耦合器耦合取樣的信號(hào)幅度低于A(yíng)D8302輸入信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于50Ω系統(tǒng)而言，其兩通道最佳點(diǎn)位于PoPT=-30dBm處，為了達(dá)到最佳點(diǎn)，耦合系數(shù)和衰減因子應(yīng)符合如下公式：

CB+LB=PIN-PoPT

CA+LA=PIN+CAINNOM-PoPT

其中，CA和CB為耦合系數(shù)，LA和LB為衰減因子，GAINNOM為放大器額定增益。

3．2測(cè)量任意負(fù)載的矢量反射系數(shù)

AD8302可用于測(cè)量相對(duì)于某一負(fù)載的入射信號(hào)和反射信號(hào)之間的幅度比和相位差。其測(cè)量電路如圖4所示，矢量反射系數(shù)Γ的定義為：

Γ=反射電壓／入射電壓：（ZL-Z。）／（ZL+Z。）

其中，ZL為負(fù)載復(fù)阻抗，Z。為系統(tǒng)特性阻抗。由于精確的矢量反射系數(shù)可以用來(lái)計(jì)算阻抗失配水平，因此，在監(jiān)測(cè)諸如天線(xiàn)等變化負(fù)載阻抗的應(yīng)用中是非常有用的。因?yàn)樽兓呢?fù)載阻抗可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低，有時(shí)甚至引可能起系統(tǒng)的物理?yè)p壞，因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變化負(fù)載阻抗的矢量反射系數(shù)將是十分有意義的。

4 結(jié)束語(yǔ)

AD8302將幅度和相位測(cè)量集中在一起使得原本十分復(fù)雜的幅相檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到了大大簡(jiǎn)化，而且系統(tǒng)性能也得到極大提高。筆者設(shè)計(jì)的三路幅相檢測(cè)電路已成功應(yīng)用于三相交流電的實(shí)時(shí)幅相監(jiān)控系統(tǒng)中，新系統(tǒng)的幅相檢測(cè)精度大大高于原系統(tǒng)的幅相檢測(cè)精度，而且其可靠性也得到很大的提高。由于A(yíng)D8302具有卓越的幅相檢測(cè)功能，因此它必將得到廣泛應(yīng)用。