基于AD8302的单片宽频带相位差测量系统设计

th）圆图，它是计算传输线阻抗的重要工具。史密斯圆图是由许多圆周交织而成的。利用它，不做任何计算即可得到1个复杂系统的匹配阻抗，唯一要做的是沿着圆周线读取并跟踪数据。所有的圆周只有1个公共交点（公切点），每个圆周对应于1个阻抗值。AD8302在100MHz－3GHz的频率范围内，每个输入端阻抗的史密斯圆图如图2所示。终端电阻器RT的阻值由下式确定：

　　式中，RIN为输入电阻，RS为电源内阻。

　　4 宽频带相位差测量系统的电路设计

　　4.1 宽频带相位差测量系统

　　AD8302的典型应用电路如图3所示，R1和R2为输入端电阻器。R3为UREF输出端的负载。C1和C4为交流输入的耦合电容器，C2和C3为滤波电容器，C5和C6为电源退耦电容器。S1为增益测量模块/比较器模式选择开关，将S1拨至a挡时选择增益测量模式；拨至b挡时进入比较器模式，MSET端接设定电压。S2为相位差测量模式/比较器模式选择开关，将S2拨至a挡时选择相位差测量模式；拨至b挡时工作在比较器模式，PSET端接设定电压。

　　4.2 宽频带相位差/频率测量系统

　　宽频带相位差及频率测量系统的电路框图如图4所示。2路相位信号U1、U2分别送至AD8302的A通道和B通道，AD8302测出的相位差信号再送给由MC14433型单片A/D转换器构成的31/2位数字电压表。MC14433通过段译码驱动器（CD4511）和位驱动器（MC1413）驱动31/2位共阴极LED数码管，直接显示被测相位差。测量相位差的范围是0°－180°，分辨率达0.1°。

　　测频电路采用ICM7226B型单片8位10MHz通用频率计数器，配置少量外围元件即可准确测量频率和周期，它还能测量频率比、时间间隔及累计数。该频率计数器具有自校准功能。测量范围是0MHz－10MHz，最高分辨率可达0.000 1Hz。

　　MC14433和ICM7226B输出的BCD码送至89C51型单片机进行数据处理。为简化电路，还可选用带1O位ADC的PIC16F874型单片机。PIC16F874是美国微科技（Microchip）公司生产的高性价比8位单片机，内含8路逐次逼近式10位A/D转换器，这里仅用其中1路。

　　4.3 反射计电路

　　用AD8302还可构成反射计（Reflect Meter），通过测量入射到负载的信号和从负载反射的信号的增益及相位差，最终计算出反射系数γ。反射系数的计算公式为

　　式中，ZL是用复数表示的负载阻抗，Z0是系统的特征阻抗。反射系数常常用来计算阻抗失配程度及驻波比（SWR）。反射系数通常用分贝表示。

　　由AD8302构成反射计的电路如图5所示，该电路可以测量反射系数。反射计包括20dB电阻衰减器和1dB电阻衰减器，由阻容元件构成的一对定向耦合器A和B可对入射信号和反射信号进行采样。A、B通道的耦合系数和衰减系数分别由下式确定：

　　式中，γNOM为标定反射系数，单位是dB，对无源负载而言，该系数为负值。当输入信号为10dB和标定反射系数为－19dB时，可使用一对20dB的耦合器，当POPT＝330dBm时，衰减器A和B的衰减量分别为1dB和2dB。当增益灵敏度为30mV/dB，相位差灵敏度为10mV/度时，UMAC端和UPHS端分别输出被测反射系数γ的幅度信号和相位信号。当γ＝－19dB时，UMAG端的输出为900mV。