Использование AD8302 для обнаружения высокочастотных сигналов
https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104072612
AD8302 — это монолитная интегральная схема компании Analog Devices для измерения амплитуды и фазы ВЧ/ПЧ. Ниже приведен простой тест AD8302 на экспериментальной плате для изучения роли AD8302 в обнаружении высокочастотных сигналов, особенно при обнаружении электромагнитных навигационных сигналов частотой 20 кГц.
AD8302 Экспериментальная платаAD8302 в основном состоит из двух точно согласованных широкополосных логарифмических детекторов, фазового детектора, группы выходных усилителей, блока смещения и выходного буфера опорного напряжения. Он может одновременно измерять диапазон частот от низкой частоты до 2,7 ГГц, соотношение амплитуд и фазы. Разность между двумя входными сигналами можно использовать для измерения линейного отношения усилителей мощности RF/ПЧ, точного управления мощностью RF, измерения коэффициента стоячей волны, а также мониторинга и диагностики удаленных систем.
Выводы AD8302 показаны на рисунке ниже. Согласно рекомендациям паспорта AD8302, для работы необходимо лишь небольшое количество внешних резистивных компонентов.
Конфигурация контактов AD8320AD8302 вводит два измерительных сигнала через Vina и Vinb. Децибеловое значение соотношения мощностей двух сигналов и разности фаз между ними выводится через два вывода VMAG и VPHS.
Сигналы разности фаз Vina, Vinb варьируются от 0 до 1800 мВ, и каждые 10 мВ представляют собой один градус разности фаз. Разность фаз от -180° до 0° и от 0° до 180° разделяет диапазон выходного напряжения 0–1,8 В, поэтому одно и то же выходное напряжение будет представлять две разные разности фаз. По мере увеличения разности фаз наклон выходного напряжения меняется с положительного на отрицательный.
Кривая ниже представляет зависимость между VPHS и разностью фаз.
Разница между значениями мощности в децибелах двух сигналов Vina и Vinb выводится с вывода VMAG, и единица измерения составляет 30 мВ на дБ. От 0 до 1800 мВ разница мощности может составлять 60 дБ (1 миллион раз), а амплитуда напряжения — разница в 1000 раз.
Если один из сигналов Vina или Vinb настроен на сигнал фиксированной амплитуды, мощность другого сигнала можно измерить через выход VMAG.
AD8302 вычисляет мощность при определенном эталонном сопротивлении, измеряя напряжение входного сигнала. Входное сопротивление AD8302 составляет около 3 кОм в полосе низких частот, тогда как силовой опорный резистор обычных высокочастотных цепей часто выбирает сопротивление 50 Ом. Входное сопротивление AD8302 значительно превышает 50 Ом, что мало влияет на качество сигнала. измерено.
Внутренняя структура AD8302 и эквивалентная схема входных и выходных контактовСогласно рекомендациям паспорта AD8302, амплитуда измеряемого сигнала должна находиться в диапазоне от -60 дБм (соответствует 223 мкВ) до 0 дБм (соответствует 223 мВ), чтобы внутренняя логарифмическая схема обнаружения не была насыщена.
Давайте кратко проверим эффективность логарифмического обнаружения AD8302 при частоте сигнала 20 кГц .
Зафиксируйте один из входных сигналов Vinb на уровне -30 дБм (7,07 мВ), постепенно увеличьте другой сигнал с 1,4 мВ примерно до 0,35 В и измерьте выходной сигнал VMAG AD8302. Убедитесь, что выходной сигнал VMAG и амплитуда входного сигнала имеют логарифмические характеристики обнаружения.
Частота входного сигнала составляет 20 кГц, а амплитуда меняется от маленькой к большой.
На рисунке ниже показан логарифм фактического измеренного значения мощности входного сигнала (желтая линия) и сигнала напряжения на выводе VMAG AD8302. Общая тенденция между ними одинакова, демонстрируя логарифмическую зависимость.
Поскольку амплитуда входного сигнала превышает 0 дБм (0,223 В), выходное значение AD8302 ниже расчетного значения и появляется в состоянии насыщения.
Вычислив мощность входного сигнала, возьмите логарифмическое значение и сравните его с выходным результатом AD8302.Выходной сигнал AD8302 повторно преобразуется в действительный сигнал напряжения посредством экспоненциальной операции. На рисунке ниже показано сравнение сигнала напряжения, соответствующего выходному значению AD8302 (желтая линия), и фактического входного сигнала (синяя линия).
Когда эффективное значение входного сигнала меньше 0,2 В, выходное значение AD8302 преобразуется в сигнал напряжения посредством экспоненциальной операции и имеет хорошую линейность. Когда входной сигнал превышает 0,2 В, выход AD8302 постепенно насыщается.
Соответствующий выходной сигнал AD8302 сравнивается с входным сигналом.При измерении мощности сигнала между двумя входными сигналами AD8302 может отсутствовать взаимосвязь или частоты могут различаться. Выходные контакты VMAG показывают разницу мощности только после соответствующего логарифмического определения. В это время сигнал на выходе разности фаз VPHS ничего не означает.
Если вы хотите измерить разность фаз между ними с помощью VPHS, частота между двумя входными сигналами должна быть одинаковой, чтобы их разность фаз была значимой.
В приведенном выше эксперименте входные сигналы AD8302 поступали от двух источников частоты. Хотя они оба настроены на частоту 20 кГц, они не синхронизированы строго друг с другом. Таким образом, фаза AD8302 изменяется, отражая небольшую разницу частот между двумя сигналами.
Выход фазы VPHS, когда AD8302 измеряет два сигнала одинаковой частоты от разных источников колебаний.Затем AD8302 используется для логарифмического обнаружения высокочастотного сигнала навигационного магнитного поля частотой 20 кГц, обнаруженного от индуктора.
Индуктор находится примерно в 10 см от земли. Имеется два индуктора: один вертикальный по отношению к земле, другой горизонтальный по отношению к земле. Эти два сигнала подключаются к порту Vina AD8302 соответственно для измерения их амплитуды и фазы.
Для измерения амплитуды и фазы входного сигнала Vina на входной порт Vinb AD8302 необходимо подать фиксированный опорный сигнал. Он поступает из фиксированного сигнала обнаружения индуктора и остается неизменным в процессе измерения.
На рисунке ниже показан высокочастотный сигнал, индуцируемый индуктивным датчиком, перпендикулярным земле и перемещающим электромагнитный провод с частотой 20 кГц слева направо, что соответствует амплитуде и фазе выходных сигналов AD8302.
AD8302 измеряет выходной сигнал, индуцированный индуктивностью, перпендикулярной земле.Как видно из рисунка выше, вертикальная составляющая магнитного поля земли имеет практически одинаковую амплитуду по обе стороны электромагнитного провода, но фаза повернута на 180°. Это связано с тем, что силовые линии магнитного поля перевернуты с обеих сторон провода. Непосредственно над проводом силовые линии магнитного поля распределены горизонтально, а сигнал индукции, получаемый вертикальным индуктором, имеет небольшой провал.
На рисунке ниже показан результат логарифмического обнаружения сигнала, обнаруженного горизонтальным индуктором. Горизонтальная составляющая магнитного поля наибольшая над проводом, и фаза сигнала не меняется.
Выход логарифмического обнаружения сигнала горизонтальной индуктивности AD8302Преобразуйте логарифмический сигнал напряжения, выдаваемый вышеописанным AD8302, в линейный сигнал напряжения и сравните его с фактической измеренной амплитудой сигнала напряжения 20 кГц с помощью цифрового мультиметра, как показано на следующих двух рисунках:
Сигнал обнаружения индуктивности вертикального направления.
Результат преобразования выходного значения AD8302 (желтая линия) по
сравнению с результатом измерения цифрового мультиметра (синяя линия).
Сравнение результата преобразования выходного значения сигнала
обнаружения индуктивности в горизонтальном направлении AD8302 (желтая
линия) и результата измерения цифрового мультиметра (синяя линия)Логарифмические характеристики обнаружения AD8302 можно использовать для эффективного обнаружения навигационных сигналов переменного тока частотой 20 кГц, особенно слабых сигналов, с лучшей линейностью, что лучше, чем обычное обнаружение диодом.
[ На главную ]
