引 言

傳統的幅度、相位差、阻抗測量需要采用多個中小規模集成電路，不僅電路復雜，測量精度低，而且適用的頻率范圍窄，只能測量低頻或中頻信號。本文介紹利用美國ADI公司最近推出的AD8302芯片測量RF／IF幅度和相位差并計算阻抗。此芯片是測量幅度、相位差的首款單片集成電路，可廣泛用于GSM（全球移動通信系統），電力系統的阻波器、結合濾波器等領域。

1、 AD8302性能特點

AD8302內含兩個精密匹配寬帶對數檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等，能同時測量從低頻到2.7 GHz頻率范圍內的兩個輸入信號之間的幅度比和相位差。該器件將精密匹配的兩個對數檢波器集成在一塊芯片上，因而可將誤差源及相關溫度漂移減小到最低限度，因此，AD8302不僅能測量放大器、混頻器等電路的增益和相位差，而且特別適合對無線基站及測試設備的檢測。

兩個輸入信號的動態范圍為±30 dB，輸出電平的靈敏度為30 mV／dB，輸出電流為8mA，轉換速率為25 V／μs；相位測量范圍可達180°，相位輸出時的轉換速率為30 MHz，響應時問為40 ns～500 ns（視被測相位差而定）；增益及相位差的小信號包絡帶寬均為30 MHz（將MFLT端開路），利用外部濾波電容器可減小帶寬。

2、 AD8302工作原理及模式

2.1 AD8302幅度和相位測量原理

AD8302幅度和相位測量工作模式連接如圖1所示。其原理是基于對數放大器具有對數壓縮的功能，一般數學表達式為：

式中：Vin為輸入電壓；VZ為截距；Valp為斜率。

AD8302正是利用上述原理，通過精密匹配的2個寬帶對數檢波器來實現對2個輸入通道信號的幅度和相位測量，其幅度和相位測量方程式為：

式中：VinA為A通道的輸入信號幅度；VinB為B通道的輸入信號幅度；Vmag為幅度比較輸出；φ（VinA）為A通道的輸入信號相位；φ（VinB）為B通道的輸入信號相位；Vφ為斜率；Vphs為相位比較輸出。

2.2 AD8302測量工作模式

AD8302有測量、控制器和電平比較器3種工作方式，但主要功能是測量幅度和相位。如圖1所示，當芯片輸出引腳VMAG和VPHS直接與芯片反饋設置輸入引腳MSET和PSET相連時，芯片的測量模式將工作在默認的斜率和中心點上（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／（°））。另外，在測量模式下，工作斜率和中心點可以通過引腳MSET和PSET的分壓加以修改。

在低頻條件下，幅度和相位測量方程式為：

式中：PinA和PinB為功率（單位為dBm），在指定的參考阻抗下，它們可以與VinA和VinB（單位為V）等價。

對于幅度測量方程，RfIslp代表斜率為600 mV／（°）或30 mV／dB，中心點900 mV代表0 dB增益，-30 dB～+30 dB增益范圍對應0 V～1.8 V輸出電壓范圍。對于相位測量方程，RfIφ代表斜率為10 mV（°），中心點900mV對應90°，0°～180°的相位范圍對應1.8 V～0 V的輸出電壓范圍。默認測量模式下的幅度和相位的理想響應特性曲線如圖2、圖3所示。

3、 AD8302典型應用

由于AD8302將測量幅度和相位的能力集中在一塊集成電路內，所以由它構成的系統能精確判斷信號的純度，并對系統性能水平進行精密監測和校準。目前可以廣泛應用于RF／IF功率放大器線性比的測量，下面介紹典型的應用。

3.1 測量放大器或混頻器的插人損耗和相位

AD8302最基本的應用是監測諸如放大器、混頻器等電路的幅度和相位響應特性。如圖4所示，通過定向耦合器DCB或DCA耦合取樣黑匣的輸入和輸出信號，衰減器ATTENA和ATTENB的作用是使耦合器耦合取樣的信號幅度低于AD8302輸入信號幅度的動態范圍。通過對AD8302動態范圍的討論，對于50 Ω系統而言，其兩通道點位于POPT=30 dBm處，為了達到最佳點，耦合系數和衰減因子可由下式得到：

式中：Ca和Cb為耦合系數；La和Lb為衰減因子；Gnom為放大器額定增益。

3.2 測量電力阻波器的阻抗（Rh、Xb、Zb）參數

電力阻波器一般由電感型式的主線圈、調諧裝置以及保護元件組成，串接在高壓輸電線中，經適當調諧，對載波頻帶（40 kHz～500 kHz）呈現較高阻抗，而工頻阻抗可忽略不計，用來限制電力系統分支點載波功率的損失。

電力阻波器測量系統的原理框圖見圖5，用DDS（直接數字合成器）AD9850作為信號源，被測信號Ui經輸入接口電路送至AD8302的A通道和B通道，AD8302測出的幅度、相位再經過A／D轉換后給S3C44B0主控制器，主控制器換算后發給采色LCD（液晶顯示器），直接顯示被測幅度、相位差及測試時間，測量誤差小于1％，并保存到M48T37帶日歷時鐘存儲器中。

阻抗測量接口電路見圖6，其中：U0為測試信號源；R0為信號源內阻；N1、N4為跟隨器；N3為反相器；N2和R為組成電流／電壓轉換器。

ZX是被測阻抗，A通道和B通道同時測量ZX兩端的電壓和流經ZX的電流。根據復數運算規則可寫出如下表達式：

阻塞電阻、電抗分量和阻塞阻抗分別為：

式中，R為已知值，AD8302同時測量2個輸入信號的幅度比VinA／VinB以及相位差φ，就可計算出Rb、Xb和Zb的值。

根據相位測量方程和響應曲線可知，相位比較輸出Vphs只與2個信號相位差的絕對值有關，因此無法判定電抗分量的符號。由于測試信號源采用DDS，可實現快速編程和跳頻，采取f+△f的測量方法，來判定電抗分量的符號，即感性還是容性分量。

4、 結束語

AD8302能將測量幅度和相位的能力集中在一塊集成電路內，使原本十分復雜的幅相檢測系統的設計大大簡化，而且系統性能得到極大提高。據此設計的電力阻波器、結合濾波器自動測試儀，由于體積小、重量輕、測試準確、耗電省，給現場檢修測試帶來了極大方便，并且系統的可靠性很高。

責任編輯：gt