對數檢波

AD8302 是 ADI 公司的用于 RF/IF 幅度和相位測量的單片集成電路。下面通過對實驗板上的 AD8302 簡單測試，考察 AD8302 用于高頻信號檢波的作用，特別是用于 20kHz 電磁導航信號的檢波。

AD8302 實驗電路板

AD8302 主要由精密匹配的兩個寬帶對數檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時測量從低頻到 2.7GHz 頻率范圍內的兩輸入信號之間的幅度比和相位差，可應用于 RF/IF 功率放大器線性比的測量、RF 功率的精確控制、駐波比測量及遠程系統的監(jiān)視和診斷等。

AD8302 引腳如下圖所示。根據 AD8302 數據手冊推薦，外部只需要少量的阻容器件便可以工作了。

AD8320 管腳配置

AD8302 通過 Vina, Vinb 輸入兩個測量信號。通過 VMAG 和 VPHS 兩個管腳輸出兩個信號功率之比的分貝值，以及它們之間的相位差。

Vina,Vinb 相位差信號從 0 到 1800mV，每 10mV 代表相位差相差一度。相位差從 -180°到 0°，和從 0°到 180°共用 0~1.8V 輸出電壓范圍，因此同一輸出電壓會代表兩個不同的相位差。隨著相位差增加，輸出電壓斜率從正變成負。

下面的曲線表示了 VPHS 與相位差之間的關系。

兩個信號 Vina, Vinb 功率分貝值之差從管腳 VMAG 輸出，單位是每 dB30mV。從 0 至 1800mV 可以表示 60dB（100 萬倍）功率差別，從電壓幅值是 1000 倍的差別。

如果將其中一個信號 Vina 或者 Vinb 設置為固定幅值信號，則可以通過 VMAG 輸出測量另外一個信號的功率。

AD8302 是通過測量輸入信號的電壓來計算在某一參考電阻下的功率。AD8302 的輸入阻抗在低頻段大約是 3k，而普通高頻電路功率參考電阻往往選擇 50 歐姆，AD8302 輸入阻抗遠大于 50 歐姆，對于被測信號影響很小。

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AD8302 內部結構和輸入輸出管腳等效電路

按照 AD8302 數據手冊建議，被測量信號的幅值應該在 -60dBm（對應 223uV）至 0dBm（對應 223mV）之間，內部對數檢波電路才不會飽和。

下面簡單測試一下 AD8302 在信號頻率 20kHz 的情況下，對數檢波的性能。

將其中一個輸入信號 Vinb 固定在 -30dBm（7.07mV），另外一個信號從 1.4mV 逐步增加到 0.35V 左右，測量 AD8302 的輸出 VMAG。驗證一下 VMAG 輸出信號與輸入信號幅值之間是否呈現對數檢波特性。

輸入信號頻率 20kHz, 幅值從小變化大

下圖給出了輸入信號實際測量功率值取對數（黃線）和 AD8302 的 VMAG 管腳的電壓信號，它們之間整體趨勢相同，呈現對數關系。

由于輸入信號幅值超過 0dBm（0.223V），AD8302 輸出值比計算值偏低，呈現飽和狀態(tài)。

通過計算輸入信號功率取對數數值與和 AD8302 輸出結果對比

將 AD8302 輸出信號通過取指數運算，重新轉換成實際電壓信號。下圖顯示了 AD8302 輸出值對應的電壓信號（黃線）與實際輸入信號（藍線）之間的對比。

當輸入信號有效值小于 0.2V 的時候，AD8302 輸出值經過取指數運算換算成電壓信號有很好的線性，當輸入信號超過 0.2V 時，AD8302 輸出逐漸飽和了。

AD8302 輸出對應電壓信號與輸入信號對照

在測量信號功率時，AD8302 兩個輸入信號之間可以沒有任何關系，也可以頻率不相同。VMAG 輸出管腳只是顯示了它們各自對數檢波之后的功率差別。此時在相位差輸出管腳 VPHS 信號則不代表任何意義。

如果要通過 VPHS 測量它們之間的相位差時，則輸入的兩個信號之間頻率應該相同，它們相位差才有意義。

在上述實驗中，AD8302 輸入信號分別來自于兩個頻率源。雖然它們都設置為 20kHz，但之間并沒有嚴格同步。所以 AD8302 的相位出現變化，反映了這兩個信號之間些許的頻率差別。

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AD8302 在測量兩個來自不同振蕩源同頻信號時相位 VPHS 的輸出

下面使用 AD8302 對來自于電感檢測到 20kHz 導航磁場高頻信號進行對數檢波。

電感距離地面大約 10 厘米。有兩個電感，一個與地面垂直，一個與地面保持水平。這兩個信號先后分別接入 AD8302 的 Vina 端口，來測量它的幅值和相位。

為了測量 Vina 端輸入信號的幅度和相位，需要在 AD8302 的 Vinb 輸入端口施加了一個固定參考信號，它來自于一個固定不動的電感檢測信號，在測量過程中保持不變。

下圖顯示了垂直于地面的電感傳感器，從左到右橫掃 20kHz 電磁導線所感應出的高頻信號，對應 AD8302 的幅值和相位輸出信號。

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AD8302 對于垂直于地面的電感所獲得感應信號測量輸出

從上圖可以看出，垂直地面磁場分量在電磁導線兩邊幅度基本上相同，而相位則出現了 180°的反轉。這是因為磁場磁力線在導線兩側正好上下顛倒。在導線正上方，磁力線呈現水平分布，垂直電感所得到的感應信號出現一個低谷。

下圖是水平電感所檢測到信號進行對數檢波輸出的結果。水平分量的磁場在導線上方最大，信號的相位不發(fā)生變化。

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水平電感信號 AD8302 對數檢波的輸出

將上面 AD8302 輸出的對數電壓信號轉換成線性電壓信號，與使用數字萬用表實際測量 20kHz 電壓信號的幅值進行對比，如下面兩圖所示：

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垂直方向電感檢測信號 AD8302 輸出值換算結果（黃線）與數字萬用表測量結果（藍線）對比

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水平方向電感檢測信號 AD8302 輸出值換算結果（黃線）與數字萬用表測量結果（藍線）對比

利用 AD8302 對數檢波特性可以對 20kHz 導航交流信號進行有效檢波，特別是對弱信號，線性度更好，這比普通二極管檢波要好。
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