基于AD8302的相位差测量系统的改进和设计

摘要：介绍了AD8302幅相检测芯片的功能和应用局限性，提出一种电路结构，引入90°电桥和功分器电路，使该芯片的检测相

>> 基于AD8302的甚高频天线阵电缆相位差检测 基于LabVIEW的相关法测量相位差计的设计 基于FPGA的高精度相位差测量算法实现 功率超声相位差测量的设计与仿真分析 基于相位差法的电力设备高精度在线检测仪设计 基于ＦＰＧＡ平均值原理相位差计的设计 基与AD8302的C 波段鉴相器设计 多路射频信号相位差现场测量系统设计与实现 普遍意义下的干涉仪通道间相位差测量精度分析 示波器实验中相位差测量公式的简单讨论 基于相位差分的FPGA瞬时测频的实现 基于载波相位差分的GPS/DR组合定位算法研究 基于相位差限制技术的快速锁定锁相环 基于傅里叶相位差法的海底地形测绘技术研究 相位差模糊控制在线控制算法中的应用设计 GPS实时动态载波相位差分技术在农村集体土地确权测量中的应用 电流互感器比值差、相位差测量结果的不确定度评定报告 电流互感器比值差\相位差误差测量结果的不确定度评定 相位差法超声波三维风速测量方法研究 基于RTLinux和AD2S80A的角位置测量系统设计与实现 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：AD8302；相位差；90°电桥；功分

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.007

引言

在实际的雷达装备性能测试中，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差的问题，以此来获得一些雷达信号的频率、方位等特性。在研究网络相频特性中，这也是不可缺少的重要方面。因此在某些领域精确地测量两个信号之间的相位差具有重要的意义，比如在比相法测向中。

美国ADI推出的AD8302型相位检测芯片。该芯片能精确测量2个独立的射频（RF）、中频（IF）或低频信号的增益、相位差及频率。但该芯片的测量相位差的范围只有0°～180°。本文通过提出一种电路结构，使用AD8302进行相位比较，测量相位差的范围可达0°～360°。

鉴相芯片AD8302简介

芯片AD8302的功能框图如图1所示，它内部包含2个精密匹配的宽带对数放大器、1个宽带相位检测器、1.8V精密基准源，以及模拟标定电路和接口电路，AD8302能精确测量两个信号之间的幅度和相位差主要基于对数放大器的对数压缩功能，通过精密匹配的两个宽带对数检波器来实现对两输入通道的幅度和相位差测量，能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内2个输入信号之间的增益（亦称幅度比）和相位差。AD8302不仅能测量放大器、混频器等电路的增益和相位差，而且特别适合对无线基站及测试设备的检测。

从芯片的介绍资料上可知，A D8302的相位差检测的范围是0°～180°，对应的输出电压变化范围是0V～1.8V，输出电压灵敏度为10mV/度，测量误差小于0.5°。当相位差Δφ=0°时，输出电压为1.8V，当Δφ=180°时，输出电压为30mV，输出电流为8mA。相位输出时的转换速率为30MHz，响应时间为40ns～500ns。AD8302的相位差响应曲线如图2所示，从图中可以看出，从-180°～+180°，相位检测结果是用0～1.8V的电压值来表示的，这将引入一个模糊的测量结果。比如当相位变化是45°和-45°时，检测结果将输出1个相同的值，而无法判断是哪个值，因此该芯片的测量范围比较小。这也影响了该芯片的应用范围。

本设计鉴相电路的介绍

本设计通过增加一个90度电桥和一个功分器来实现基于AD8302的0°到360°的相位差检测。电路结构如图3所示两路输入的射频信号RF1和RF2，第一路信号RF1通过一个90度的电桥分成两路正交信号φ1，φ1’，第二路信号RF2通过功分器分成两路相位相等的信号φ2。假设两路信号相位差为45°，则图3中上路AD8302检测的相位差φa=φ1-φ2=45°，则下路的AD8302检测的相位差φb=φ1’-φ1=135°。则上路的鉴相输出的电压为135mV，从图2AD8302的鉴相响应曲线上可知，如果仅仅得知输出电压为135mV的话只能推测两路信号的相位差为45°或-45°，因此需要第二路的鉴相输出电压辅助判断，如果两路信号的相位差是45°则下路的AD8302的两路输入相位差为135度，因此输出电压应为45mV，如果两路输入信号的相位差-45°，则下路的两路输入信号相位差为45度，输出电压应为135mV，这样就可以判断两路信号RF1和RF2的相位差是45°还是-45°。

具体电路设计

本设计中90度电桥采用Innovative公司IPP-7032型90度电桥芯片，工作频率为500-3000MHz，插入损耗小于0.6dB，相位平衡度为±5°，满足设计要求。功分器采用mini公司的TCP-2-272+型功分器，工作频率为5-2700MHz，插入损耗小于0.9dB，相位不平衡度优于9°。AD8302的单元电路如图4所示，由于本设计只限于相位差检测，因此将幅度差检测输出脚接一个电阻到地。

电路设计和加工

为便于调试，功分电桥电路和AD8302鉴相电路分开加工，分开调试合格后通过等长的电缆连接到一起进行联合调试。使用Protel 99版图设计软件对本设计电路进行设计，板材选用Rogers4003c，厚度0.508mm，介电常数为3.38。版图设计时应保证电桥输出的两路到AD8302输入端的时候经过的路线长度相同，功分器的输出同样处理，以保证相位差值不变。AD8302部分版图的如图5所示。腔体使用SolidWorks设计软件进行设计，同样分两个腔体设计。最终的设计实物图如图6所示。采用矢量网络分析仪、频率源、示波器对本设计进行测试，鉴相电路满足各设计指标要求，鉴相范围为0°到360°，工作频率可达到500MHz～2700MHz。

总结

本设计通过引入90度电桥和功分电路，将两路需要鉴相的信号分成四路分别在两个AD8302芯片中进行相位差检测，通过两路测试结果可以对两路输入信号进行精确鉴相，并且测试相位差范围扩大到0°～360°。扩大了AD8302的应用范围，并通过实际加工测试验证了该电路。测试显示本设计完全可以满足0°～360°的相位差检测。

参考文献：

[1] 刘静，马彦恒.基于AD8302的高精度幅相检测系统的设计[J].计算机测量与控制，2011，19，（2）：253-255

[2] 沙占友，刘阿芳，王科.基于AD8302的单片宽频带相位差测量系统的设计[J].国外电子元器件，2006，（1）：57-60

[3] 李银波，陈华俊.鉴相方法的分析和比较[J].电视技术，2008，（6）：78-81

[4] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000

[5] 冯清澄，正交鉴相电路及其鉴相精度分析[J].电讯技术，1992，4：6-14