RF 至位解決方案可為材料分析應(yīng)用提供精密的相位和幅度數(shù)
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接收器子系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果
表3. 0 dBm RF 輸入幅度條件下某些目標(biāo)相位輸入端實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。
| 目標(biāo)相位 | I 通道完全校 正輸入電壓 本文引用地址：http://www.2s4d.com/article/201702/338426.htm | Q 通道完全校 正輸入電壓 | 完全校正相 位結(jié)果 | 絕對(duì)實(shí)測相位 誤差 |
| –180° | –1.172V | +0.00789V | –180.386° | 0.386° |
| –90° | –0.00218V | –1.172V | –90.107° | 0.107° |
| 0° | +1.172V | +0.0138V | +0.677° | 0.676° |
| +90° | +0.000409V | +1.171V | +89.98° | 0.020° |
| +180° | –1.172V | +0.0111V | +180.542° | 0.541° |
圖8 為實(shí)測絕對(duì)相位誤差直方圖，其中，對(duì)于從–180° 到 +180°的 每10°步長，其精度均高于1°。
圖8. 0 dBm輸入電平（相位步長為10°）條件下的實(shí)測絕對(duì)相位誤差直方圖
為了在任何給定輸入電平條件下精確測量相位，RF 相對(duì)于LO 的感知相移誤差(?PHASE_SHIFT)應(yīng)恒定不變。如果實(shí)測相移誤差開始以目標(biāo)相位步長(?TARGET)或幅度函數(shù)的形式發(fā)生變化，則這里所提校準(zhǔn)程序的精度將開始下降。室溫下的評(píng)估結(jié)果顯示，900 MHz條件下，對(duì)于最大值為11.6 dBm、最小值約為–20 dBm 的RF 幅度而言，相移誤差保持相對(duì)恒定。
圖9 所示為接收器子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍以及相應(yīng)幅度導(dǎo)致的額外相位誤差。當(dāng)輸入幅度降至–20 dBm 以下時(shí)，相位誤差校準(zhǔn)精度將開始下滑。系統(tǒng)用戶需要確定可接受的信號(hào)鏈誤差水平，以確定可接受的最小信號(hào)幅度。
圖9. 接收器子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍以及相應(yīng)的額外相位誤差
圖9 所示結(jié)果用5 V ADC 基準(zhǔn)電壓源收集。該ADC 基準(zhǔn)電壓源的幅度可以降低，從而為系統(tǒng)提供更小的量化水平。這樣，在小信號(hào)條件下，相位誤差精度會(huì)略有提升，但會(huì)增加系統(tǒng)飽和幾率。為了提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，另一種不錯(cuò)的選擇是采用一種過采樣方案，該方案可以提高ADC 的無噪聲位分辨率。求均值的采樣每增加一倍，結(jié)果可使系統(tǒng)分辨率增加½ LSB。給定分辨率增量的過采樣比計(jì)算方法如下：
當(dāng)噪聲幅度不再能隨機(jī)改變各采樣的ADC 輸出代碼時(shí)，過采樣會(huì)達(dá)到一個(gè)效益遞減點(diǎn)。在該點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)的有效分辨率將不能再次提升。過采樣導(dǎo)致的帶寬下降并非大問題，因?yàn)橄到y(tǒng)是以緩慢變化的幅度測量信號(hào)的。
AD7903 評(píng)估軟件提供一個(gè)校準(zhǔn)程序，允許用戶針對(duì)三個(gè)誤差源，對(duì)ADC 輸出結(jié)果進(jìn)行校正：相位、增益和失調(diào)。用戶需要收集系統(tǒng)未經(jīng)校正的結(jié)果，確定本文計(jì)算的校準(zhǔn)系數(shù)。圖10 所示為圖形用戶界面，其中，校準(zhǔn)系數(shù)已高亮顯示。 系數(shù)一旦確定，則可利用這個(gè)面板來計(jì)算解調(diào)器的相位和幅度。極化坐標(biāo)為觀測到的RF 輸入信號(hào)提供了一種直觀的呈現(xiàn)方式。幅度和相位計(jì)算通過等式1 和等式2 計(jì)算。用"采樣數(shù)(Num Samples)"下拉框，通過調(diào)整每次捕獲的采樣數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)過采樣比的控制。
圖10. 接收器子系統(tǒng)校準(zhǔn)GUI
結(jié)論
本文探討了遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出了一種利用ADL5380、ADA4940-2 和AD7903 接收器子系統(tǒng)的新型解決方案，該方案可以精確、可靠地測量材料內(nèi)容。提出的信號(hào)鏈具有寬動(dòng)態(tài)范圍的特點(diǎn)，在900 MHz 條件下，可實(shí)現(xiàn)0°至360°的測量范圍，精度優(yōu)于1°。
參考文獻(xiàn)
Mallach, Malte 和 Thomas Musch, "Ultra-Wideband Microwave Tomography: A Concept for Multiphase Flow Measurement"（超寬帶 微波掃描技術(shù)：多相流測量新概念" GeMiC 2014，德國亞琛，2014 年3 月10-12 日。 Ryan Curran
評(píng)論