使用AD8302进行检波

  AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位测量的单片集成电路。下面通过对实验板上的AD8302简单测试，考察AD8302用于高频信号检波的作用，特别是用于20kHz电磁导航信号的检波。

^{AD8302实验电路板}

  AD8302主要由精密匹配的两个宽带对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等部分组成，能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差，可应用于RF/IF功率放大器线性比的测量、RF功率的精确控制、驻波比测量及远程系统的监视和诊断等。

  AD8302引脚如下图所示。根据AD8302数据手册推荐，外部只需要少量的阻容器件便可以工作了。

^{AD8320管脚配置}

  AD8302通过Vina, Vinb输入两个测量信号。通过VMAG和VPHS两个管脚输出两个信号功率之比的分贝值，以及它们之间的相位差。

  Vina,Vinb相位差信号从0到1800mV，每10mV代表相位差相差一度。相位差从-180°到0°，和从0°到180°共用0~1.8V输出电压范围，因此同一输出电压会代表两个不同的相位差。随着相位差增加，输出电压斜率从正变成负。

  下面的曲线表示了VPHS与相位差之间的关系。

  两个信号Vina, Vinb功率分贝值之差从管脚VMAG输出，单位是每dB30mV。从0至1800mV可以表示60dB（100万倍）功率差别，从电压幅值是1000倍的差别。

  如果将其中一个信号Vina或者Vinb设置为固定幅值信号，则可以通过VMAG输出测量另外一个信号的功率。

  AD8302是通过测量输入信号的电压来计算在某一参考电阻下的功率。AD8302的输入阻抗在低频段大约是3k，而普通高频电路功率参考电阻往往选择50欧姆，AD8302输入阻抗远大于50欧姆，对于被测信号影响很小。

^{AD8302内部结构和输入输出管脚等效电路}

  按照AD8302数据手册建议，被测量信号的幅值应该在-60dBm（对应223uV）至0dBm（对应223mV）之间，内部对数检波电路才不会饱和。

  下面简单测试一下AD8302在信号频率20kHz的情况下，对数检波的性能。

  将其中一个输入信号Vinb固定在-30dBm（7.07mV），另外一个信号从1.4mV逐步增加到0.35V左右，测量AD8302的输出VMAG。验证一下VMAG输出信号与输入信号幅值之间是否呈现对数检波特性。

  输入信号频率20kHz, 幅值从小变化大.

  下图给出了输入信号实际测量功率值取对数（黄线）和AD8302的VMAG管脚的电压信号，它们之间整体趋势相同，呈现对数关系。

  由于输入信号幅值超过0dBm（0.223V），AD8302输出值比计算值偏低，呈现饱和状态。

^{通过计算输入信号功率取对数数值与和AD8302输出结果对比}

  将AD8302输出信号通过取指数运算，重新转换成实际电压信号。下图显示了AD8302输出值对应的电压信号（黄线）与实际输入信号（蓝线）之间的对比。

  当输入信号有效值小于0.2V的时候，AD8302输出值经过取指数运算换算成电压信号有很好的线性，当输入信号超过0.2V时，AD8302输出逐渐饱和了。

^{AD8302输出对应电压信号与输入信号对照}

  在测量信号功率时，AD8302两个输入信号之间可以没有任何关系，也可以频率不相同。VMAG输出管脚只是显示了它们各自对数检波之后的功率差别。此时在相位差输出管脚VPHS信号则不代表任何意义。

  如果要通过VPHS测量它们之间的相位差时，则输入的两个信号之间频率应该相同，它们相位差才有意义。

  在上述实验中，AD8302输入信号分别来自于两个频率源。虽然它们都设置为20kHz，但之间并没有严格同步。所以AD8302的相位出现变化，反映了这两个信号之间些许的频率差别。

^{AD8302在测量两个来自不同振荡源同频信号时相位VPHS的输出}

  下面使用AD8302对来自于电感检测到20kHz导航磁场高频信号进行对数检波。

  电感距离地面大约10厘米。有两个电感，一个与地面垂直，一个与地面保持水平。这两个信号先后分别接入AD8302的Vina端口，来测量它的幅值和相位。

  为了测量Vina端输入信号的幅度和相位，需要在AD8302的Vinb输入端口施加了一个固定参考信号，它来自于一个固定不动的电感检测信号，在测量过程中保持不变。

  下图显示了垂直于地面的电感传感器，从左到右横扫20kHz电磁导线所感应出的高频信号，对应AD8302的幅值和相位输出信号。

^{AD8302对于垂直于地面的电感所获得感应信号测量输出}

  从上图可以看出，垂直地面磁场分量在电磁导线两边幅度基本上相同，而相位则出现了180°的反转。这是因为磁场磁力线在导线两侧正好上下颠倒。在导线正上方，磁力线呈现水平分布，垂直电感所得到的感应信号出现一个低谷。

  下图是水平电感所检测到信号进行对数检波输出的结果。水平分量的磁场在导线上方最大，信号的相位不发生变化。

^{水平电感信号AD8302对数检波的输出}

  将上面AD8302输出的对数电压信号转换成线性电压信号，与使用数字万用表实际测量20kHz电压信号的幅值进行对比，如下面两图所示：

^{垂直方向电感检测信号AD8302输出值换算结果（黄线）与数字万用表测量结果（蓝线）对比}

^{水平方向电感检测信号AD8302输出值换算结果（黄线）与数字万用表测量结果（蓝线）对比}

  利用AD8302对数检波特性可以对20kHz导航交流信号进行有效检波，特别是对弱信号，线性度更好，这比普通二极管检波要好。