一种高RF信号幅相检测电路的设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑一种高RF信号幅相检测电路的设计-设计应用摘要：本文首先谈论了高精度幅相检测方案的选择,以及带通滤波器的选择和AD8302的主要功能;然后结合f=13.56MH的频率设计了滤波器的参数分析仿真结果;以及AD8302的检测原理的分析。仿真和试验结果证明了这种电路的可行性。

一、引言

在实际的RF电路设计中，经常会遇到检测两个信号之间的幅度比（增益）和相位差的问题，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。在某些特殊领域，尤其是在一个精确的窄频段内来进行测量的要求下，这种电路设计更是有着重要的意义。本文设计了一种基于BESSEL带通滤波器和AD8302芯片[1]的幅相检测电路，并对四阶BESSEL带通滤波器进行了仿真，在仿真的基础上分析了AD8302芯片的检测原理和对结果的分析。

二、方案选择

由于传统的幅相检测电路需要采用多个中小规模集成电路,不仅电路复杂,精度低,而且适用的频率范围窄,只能测量低频或中频信号。再加上RF电路中的输入信号中包含着功率源产生的高次谐波和空间多种电磁波的干扰，可能会产生情况不明的干扰信号。这些信号显然对有用信号会产生十分不利的干扰，需要一个带通滤波器来把其滤除掉，只留下有用的信号。因此，我们采用带通滤波器和AD8302芯片相结合的设计方案。

本文选择的滤波器是BESSEL带通滤波器，具有窄过渡带；在通带内时延均衡，电路所用的阶数少；在实际的应用中电路容易调整；由于所有的节点谐振在相同的频率上，调谐比较简单；从经济性和制造容易程度来考虑，电容耦合电路合适，而用Bessel函数设计的滤波器正是电容耦合电路，故采用Bessel函数进行滤波器的设计。再利用美国ADI公司推出的AD8302RF/IF幅相检测芯片来对滤波后的信号进行幅相检测，以达到满足设计精度的要求。方案设计框图如图1：

三、BESSEL带通滤波器的设计

BESSEL带通滤波器的设计有着固有的步骤和方法[2]，本文的设计选择了在RF电路中常用的工作频率13.56MHz为例，来说明这种滤波器的可行性和通用性。为了尽可能大的滤除干扰信号，把带通滤波器的带宽设置在3dB处为±1.5MHz；并用PSPICE进行了仿真[3]。其设计步骤如下：

1、根据贝塞尔滤波器频率响应特性图可查知[4]，该带通滤波器指标用一个4阶Bessel函数就可以满足本文设计要求。

从图3的幅频特性可以看出滤波器带起伏小、阻带衰减大，设计的带通滤波器能满足要求。

四、AD8302的工作模式及测量原理

AD8302芯片应用简单，外部只需少量元件便可正常工作，工作电压是2.7V至5.5V。它能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内两输入信号之间的幅度比和相位差。该器件将精密匹配的两个对数检波器集成在一块芯片上,因而可将误差源及相关温度漂移减小到限度。这一点正是本文设计所需要的。其内部结构见参考文献[1]中的页的FUNCTIONALBLOCKDIAGRAM。

AD8302有三个工作模式：测量、控制和电平比较，本设计只需要工作在测量模式下。其测量工作模式的典型电路连接图如图4：

AD8302的测量原理主要是基于对数放大器的对数压缩功能，其数学表达式为：

AD8302把两个输入信号的幅度比（增益）和相位差其转化为电压输出，范围为0～1.8V，分别表示两个输入信号的增益范围为－30B～＋30dB，相位差范围既可以是0°～+180°(以90°为中心)或是0°～-180°(以－90°为中心)。根据AD8302的相位差响应特性曲线在0°～-180°和0°～+180°时的斜率不同,即可判2个被测信号的相位差为正或者为负。

五、结论

本设计已成功运用到射频电路阻抗自动匹配系统中，实验数据基本稳定。只需在工作频率改变时按照滤波器参数的计算公式改变相应参数即可,尤其是AD8302的带宽比较宽，可以满足从低频到2.7GHz的任何频段