高精度幅相檢測系統的設計

為了準確地判斷出相位差的正負，我們用附加相移的參考信號再次與待測信號進(jìn)行測量，例如將參考信號向左轉移90度，相位差則向右轉移90度，此時(shí)A與B將成為點(diǎn)A’與B’，這時(shí)就可以通過(guò)測量到的電壓值來(lái)判斷出相位差的正負，如果測量的電壓值是A’的電壓值那么待測信號與參考信號的相位差就可判斷為A。利用移相的方法可以很好地解決AD8302相位檢測二值性判斷問(wèn)題。
2．2 AD8302相位檢測非線(xiàn)性問(wèn)題
許多相位檢測器在接近0或180度時(shí)都有很大的誤差存在非線(xiàn)性問(wèn)題，AD8302也不例外，據數據手冊可知，當輸入信號在900 MHz時(shí)，AD8 302在其整個(gè)180°的測量范圍內能使相位測量精度線(xiàn)性保持在±1°以?xún)鹊牟糠种挥?43°，而在0°或180°附近最大誤差超過(guò)8°。為了使整個(gè)測量范圍內測量精度基本一致，可采用了兩路相位差信號相互校準的方法進(jìn)行測量。例如圖2中相位差A在0°或180°附近時(shí)，移相相位差A’就會(huì )在90°或270°附近，輸出信號在測量的線(xiàn)性區域精度較高，因此，可采用輸出信號A’的測量結果作為測量結果。反之，當輸出信號A’的相位差在0°或180°附近時(shí)，輸出信號A的相位差就會(huì )在90°或270°附近，此時(shí)，輸出信號A在測量的線(xiàn)性區域精度較高，因此，可采用輸出信號A的測量結果作為測量結果。最后處理時(shí)只需要加上或減去移相器移相的相位即可。
2．3 移相方法分析
信號移相的方法有很多，比如延遲線(xiàn)、移相器以及濾波器等。延遲線(xiàn)在一般的處理過(guò)程中可視為無(wú)耗傳輸線(xiàn)，設在同軸電纜的始端接入相位為ω，經(jīng)過(guò)長(cháng)度L傳輸后，得到引入的相位滯后是△φ=2πfL／c，顯然這是一個(gè)正比于頻率的量。而無(wú)論是數字移相器還是模擬移相器大多也是利用延遲單元或不同電長(cháng)度的傳輸線(xiàn)構成，他們延遲精度主要依賴(lài)于延遲器件的穩定度及其本身延遲時(shí)間的漂移大小，而且工作頻帶大多是窄頻帶。顯然，延遲線(xiàn)或移相器都不適合應用在0～100MHz頻段。
DDS技術(shù)是一種把一系列數字量形式的信號通過(guò)DAC轉換成模擬量形式的信號合成技術(shù)。使用DDS進(jìn)行移相有諸多優(yōu)點(diǎn)，首先，DDS相位分辨率高，含有14位相位寄存器的DDS相位最小分辨率可達到0．022度；其次，DDS輸出頻率相對帶寬很寬，輸出的最高頻率一般可達0．4fc，其中fc為DDS的系統時(shí)鐘；再次，DDS可編程、全數字化、相位輸出連續。為此，利用DDS輸出的參考信號在寬頻帶內相位可控、移相精度高誤差小、相位轉換速率快，充分地克服了以往移相器件的不足，這樣的參考信號在A(yíng)D8302中分別與待測信號進(jìn)行比較，測量出的相位差與幅度差精度高。
2．4 相位檢測系統校準
當把AD8302的輸出引腳VMAG和VPHS直接與芯片反饋設置輸入引腳MSET和PSET相連時(shí)，芯片的測量模式將工作在默認的斜率和中心點(diǎn)上，精確幅度測量比例系數為30 mV／dB，精確相位測量比例系數為10 mV／度。根據實(shí)際測量可知，AD8302在不同頻率下幅相系數并不相同，為了提高檢測精度必須對其進(jìn)行校準。校準的方法是把整個(gè)頻段分為若干個(gè)小頻段，利用專(zhuān)業(yè)儀器例如矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀在頻段內對幅相差進(jìn)行測量，根據測量值通過(guò)比對計算來(lái)確定精確的比例系數。