寬帶阻抗測量?jì)x的設計——信號檢測電路設計（一）

信號調理電路主要是使輸入的信號幅度滿(mǎn)足幅相檢測芯片AD8302的要求，保證測量的精度，并濾除干擾信號。通過(guò)對數放大器測定信號的能量，經(jīng)A/D轉換為數字信號由DSP處理，根據結果來(lái)控制調理電路中的增益放大器的放大倍數，從而使信號幅度滿(mǎn)足AD8302的要求。

對兩輸入信號的調理按照兩方面進(jìn)行：一是對輸入信號（被測網(wǎng)絡(luò )的輸出信號）和參考信號的幅度進(jìn)行可控放大或衰減；二是對輸入信號的噪聲干擾進(jìn)行抑制。

信號檢測電路的設計如圖4-6所示。

圖中使用可控增益放大器AD8369對輸入信號和參考信號的幅度進(jìn)行調節，把兩信號控制在AD8302所要求的范圍內，一方面避免損壞器件，另一方面使增益和相位得到有效檢測。

AD8369采用了并行方式進(jìn)行增益的設置，接收信號的一端并聯(lián)了100的電阻是為了保證系統為50系統，因AD8369的輸入端到地的等效阻抗為100，并聯(lián)100電阻后其輸入阻抗為50。

在圖4-6中的橢圓低通濾波器是為了抑制輸入信號中的外來(lái)噪聲和參考信號中高頻噪聲，其設計過(guò)程和LPF1、LPF2的設計相同，可以直接采用圖3-5中的元件值。AD8302輸入端口的1nF電容起隔直的作用。

4.2.3輔助檢波電路

輔助檢波電路的目的是為了使信號調理與檢波鑒相電路形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統。當輔助檢波電路發(fā)現輸入信號幅度太小或過(guò)大時(shí)，系統可自動(dòng)調整圖4-6中控制輸入信號的可控增益放大器AD8369的放大倍數或衰減倍數。

輔助檢波電路使用了對數放大器AD8307，AD8307為單端5V電壓供電，150μA的靜態(tài)電流，其帶寬為500MHz，輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍達92dB：- 75dBm~+17dBm。當輸入信號小于-75dBm時(shí)，可參照表3-7加大AD8369的增益；一般情況下，AD8369的增益可按照使輸入信號功率接近-30dBm的原則進(jìn)行控制。故輔助檢波電路中使用AD8307可以達到準確控制AD8302輸入信號大小，提高檢波與鑒相的效果。

AD8307的內部具有6個(gè)放大單元，可起到放大或限制功能，每個(gè)單元的增益為14.3dB且小信號帶寬為900MHz，這些單元可以起到對數放大功能，增益可達86dB，檢測單元對信號也具有14.3dB的放大增益，但考慮到檢測單元內的被動(dòng)衰減，使得可檢測信號的總范圍在90dB左右。這些功能單元的偏置受到能帶隙參考和增益的影響，能帶隙電路還會(huì )影響到對數放大器的斜率和穩定性，AD8307通過(guò)引腳ENB（引腳6）來(lái)使能該電路。檢測單元對輸入信號檢測后輸出為電流信號，該電流的斜率為2μA/dB，當外部輸出引腳4懸空時(shí)，輸出電壓的斜率由于該電流流經(jīng)唯一的到地電阻12.5K，因而固定為25mV/dB。當AD8307的輸出引腳4和引腳5接有電阻時(shí)，如圖4-7所示。

那么AD8307輸出電壓的斜率因輸出端電阻而改變?yōu)?0mV/dB±10%；輸出信號的截止電壓隨VR 2的改變而有±3dB的波動(dòng)。

如果需要更大的輸出電壓斜率則需加運放來(lái)實(shí)現，如圖4-7中所加的額外運放，該運放的輸出端口的電壓斜率受R 2值大小的影響。當R 2 =4.99K時(shí)，輸出電壓斜率為25mV/dB；當R 2 =30.1K時(shí)，輸出電壓斜率為50mV/dB；當R 2 =80.6K時(shí)，輸出電壓斜率為100mV/dB。

當AD8307在ENB（引腳6）接高（5V供電）時(shí)，輸出電壓斜率和截止電壓不進(jìn)行調節的情況下，其輸出電壓與輸入信號功率的對應關(guān)系見(jiàn)式（4- 6）。

其中V OUT為引腳4所輸出電壓，V IN為輸入信號的幅度，上式可以轉化為輸入信號功率和輸出電壓的關(guān)系，見(jiàn)式（4-7）。

輸入信號的功率和輸出電壓關(guān)系可如圖4-8所示。

由圖中可以看出AD8307把動(dòng)態(tài)范圍較寬的輸入信號轉化為僅有3V變化范圍的輸出信號，可以有效的檢測輸入信號的幅度。系統根據AD8307對輸入信號的檢測，適當控制可控增益放大器AD8369，形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統。