一種高精度RF信號(hào)幅相檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

一、引言

??? 在實(shí)際的RF 電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)之間的幅度比（增益）和相位差的 問題，這也是研究網(wǎng)絡(luò)相頻特性中不可缺少的重要方面。在某些特殊領(lǐng)域，尤其是在一個(gè)精 確的窄頻段內(nèi)來進(jìn)行測(cè)量的要求下，這種電路設(shè)計(jì)更是有著重要的意義。本文設(shè)計(jì)了一種基 于BESSEL 帶通濾波器和AD8302 芯片 [1] 的幅相檢測(cè)電路，并對(duì)四階BESSEL 帶通濾波器進(jìn)行 了仿真，在仿真的基礎(chǔ)上分析了AD8302 芯片的檢測(cè)原理和對(duì)結(jié)果的分析。

二、方案選擇

??? 由于傳統(tǒng)的幅相檢測(cè)電路需要采用多個(gè)中小規(guī)模集成電路,不僅電路復(fù)雜,精度低,而 且適用的頻率范圍窄,只能測(cè)量低頻或中頻信號(hào)。再加上RF 電路中的輸入信號(hào)中包含著功率 源產(chǎn)生的高次諧波和空間多種電磁波的干擾，可能會(huì)產(chǎn)生情況不明的干擾信號(hào)。這些信號(hào)顯 然對(duì)有用信號(hào)會(huì)產(chǎn)生十分不利的干擾，需要一個(gè)帶通濾波器來把其濾除掉，只留下有用的信 號(hào)。因此，我們采用帶通濾波器和AD8302 芯片相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。

??? 本文選擇的濾波器是BESSEL 帶通濾波器，具有最窄過渡帶；在通帶內(nèi)時(shí)延均衡，電路 所用的階數(shù)最少；在實(shí)際的應(yīng)用中電路容易調(diào)整；由于所有的節(jié)點(diǎn)諧振在相同的頻率上，調(diào) 諧比較簡(jiǎn)單；從經(jīng)濟(jì)性和制造容易程度來考慮，電容耦合電路最合適，而用Bessel 函數(shù)設(shè) 計(jì)的濾波器正是電容耦合電路，故采用Bessel 函數(shù)進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)。再利用美國ADI 公 司推出的AD8302 RF/IF 幅相檢測(cè)芯片來對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行幅相檢測(cè)，以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)精 度的要求。方案設(shè)計(jì)框圖如圖1：

三、BESSEL 帶通濾波器的設(shè)計(jì)

??? BESSEL 帶通濾波器的設(shè)計(jì)有著固有的步驟和方法 [2] ，本文的設(shè)計(jì)選擇了在RF 電路中最 常用的工作頻率13.56MHz 為例，來說明這種濾波器的可行性和通用性。為了盡可能大的濾 除干擾信號(hào)，把帶通濾波器的帶寬設(shè)置在3dB 處為± 1.5MHz；并用PSPICE 進(jìn)行了仿真 [3] 。 其設(shè)計(jì)步驟如下：

??? 1、根據(jù)貝塞爾濾波器頻率響應(yīng)特性圖可查知 [4] ，該帶通濾波器指標(biāo)用一個(gè) 4 階 Bessel 函數(shù)就可以滿足本文設(shè)計(jì)要求。

??? 從圖3 的幅頻特性可以看出濾波器帶起伏小、阻帶衰減大，設(shè)計(jì)的帶通濾波器能滿足要求。

四、AD8302 的工作模式及測(cè)量原理

??? AD8302芯片應(yīng)用簡(jiǎn)單，外部只需少量元件便可正常工作，工作電壓是2.7V至5.5V。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。這 一點(diǎn)正是本文設(shè)計(jì)所需要的。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見參考文獻(xiàn)[1]中的第一頁的FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM。

??? AD8302 有三個(gè)工作模式：測(cè)量、控制和電平比較，本設(shè)計(jì)只需要工作在測(cè)量模式下。 其測(cè)量工作模式的典型電路連接圖如圖4：

??? AD8302 的測(cè)量原理主要是基于對(duì)數(shù)放大器的對(duì)數(shù)壓縮功能，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

??? AD8302 把兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度比（增益）和相位差其轉(zhuǎn)化為電壓輸出，范圍為0～1.8V， 分別表示兩個(gè)輸入信號(hào)的增益范圍為－30B～＋30dB，相位差范圍既可以是0°～+180°(以 90°為中心)或是0°～-180°(以－90°為中心)。根據(jù)AD8302 的相位差響應(yīng)特性曲線在0 °～-180°和0°～+180°時(shí)的斜率不同,即可判2 個(gè)被測(cè)信號(hào)的相位差為正或者為負(fù)。

五、結(jié)論

??? 本設(shè)計(jì)已成功運(yùn)用到射頻電路阻抗自動(dòng)匹配系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。只需在工作 頻率改變時(shí)按照濾波器參數(shù)的計(jì)算公式改變相應(yīng)參數(shù)即可,尤其是AD8302 的帶寬比較寬，可 以滿足從低頻到2.7GHz 的任何頻段的兩個(gè)的信號(hào)檢測(cè)，測(cè)量精確可靠。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用， 通用性強(qiáng)，性價(jià)比高。