一種高精度RF信號幅相檢測電路的設計

一、引言

??? 在實際的RF 電路設計中，經常會遇到檢測兩個信號之間的幅度比（增益）和相位差的 問題，這也是研究網絡相頻特性中不可缺少的重要方面。在某些特殊領域，尤其是在一個精 確的窄頻段內來進行測量的要求下，這種電路設計更是有著重要的意義。本文設計了一種基 于BESSEL 帶通濾波器和AD8302 芯片 [1] 的幅相檢測電路，并對四階BESSEL 帶通濾波器進行 了仿真，在仿真的基礎上分析了AD8302 芯片的檢測原理和對結果的分析。

二、方案選擇

??? 由于傳統的幅相檢測電路需要采用多個中小規模集成電路,不僅電路復雜,精度低,而 且適用的頻率范圍窄,只能測量低頻或中頻信號。再加上RF 電路中的輸入信號中包含著功率 源產生的高次諧波和空間多種電磁波的干擾，可能會產生情況不明的干擾信號。這些信號顯 然對有用信號會產生十分不利的干擾，需要一個帶通濾波器來把其濾除掉，只留下有用的信 號。因此，我們采用帶通濾波器和AD8302 芯片相結合的設計方案。

??? 本文選擇的濾波器是BESSEL 帶通濾波器，具有最窄過渡帶；在通帶內時延均衡，電路 所用的階數最少；在實際的應用中電路容易調整；由于所有的節點諧振在相同的頻率上，調 諧比較簡單；從經濟性和制造容易程度來考慮，電容耦合電路最合適，而用Bessel 函數設 計的濾波器正是電容耦合電路，故采用Bessel 函數進行濾波器的設計。再利用美國ADI 公 司推出的AD8302 RF/IF 幅相檢測芯片來對濾波后的信號進行幅相檢測，以達到滿足設計精 度的要求。方案設計框圖如圖1：

三、BESSEL 帶通濾波器的設計

??? BESSEL 帶通濾波器的設計有著固有的步驟和方法 [2] ，本文的設計選擇了在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，把帶通濾波器的帶寬設置在3dB 處為± 1.5MHz；并用PSPICE 進行了仿真 [3] 。 其設計步驟如下：

??? 1、根據貝塞爾濾波器頻率響應特性圖可查知 [4] ，該帶通濾波器指標用一個 4 階 Bessel 函數就可以滿足本文設計要求。

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

四、AD8302 的工作模式及測量原理

??? AD8302芯片應用簡單，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 同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內兩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。這 一點正是本文設計所需要的。其內部結構見參考文獻[1]中的第一頁的FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM。

??? AD8302 有三個工作模式：測量、控制和電平比較，本設計只需要工作在測量模式下。 其測量工作模式的典型電路連接圖如圖4：

??? AD8302 的測量原理主要是基于對數放大器的對數壓縮功能，其數學表達式為：

??? AD8302 把兩個輸入信號的幅度比（增益）和相位差其轉化為電壓輸出，范圍為0～1.8V， 分別表示兩個輸入信號的增益范圍為－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AD8302 的相位差響應特性曲線在0 °～-180°和0°～+180°時的斜率不同,即可判2 個被測信號的相位差為正或者為負。

五、結論

??? 本設計已成功運用到射頻電路阻抗自動匹配系統中，實驗數據基本穩定。只需在工作 頻率改變時按照濾波器參數的計算公式改變相應參數即可,尤其是AD8302 的帶寬比較寬，可 以滿足從低頻到2.7GHz 的任何頻段的兩個的信號檢測，測量精確可靠。本設計簡單實用， 通用性強，性價比高。