RF 至位解決方案可為材料分析應用提供精密的相位和幅度數
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接收器子系統評估結果
表3. 0 dBm RF 輸入幅度條件下某些目標相位輸入端實現的結果。
| 目標相位 | I 通道完全校 正輸入電壓 本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/201702/338426.htm | Q 通道完全校 正輸入電壓 | 完全校正相 位結果 | 絕對實測相位 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 為實測絕對相位誤差直方圖，其中，對于從–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°）條件下的實測絕對相位誤差直方圖
為了在任何給定輸入電平條件下精確測量相位，RF 相對于LO 的感知相移誤差(?PHASE_SHIFT)應恒定不變。如果實測相移誤差開始以目標相位步長(?TARGET)或幅度函數的形式發生變化，則這里所提校準程序的精度將開始下降。室溫下的評估結果顯示，900 MHz條件下，對于最大值為11.6 dBm、最小值約為–20 dBm 的RF 幅度而言，相移誤差保持相對恒定。
圖9 所示為接收器子系統的動態范圍以及相應幅度導致的額外相位誤差。當輸入幅度降至–20 dBm 以下時，相位誤差校準精度將開始下滑。系統用戶需要確定可接受的信號鏈誤差水平，以確定可接受的最小信號幅度。
圖9. 接收器子系統的動態范圍以及相應的額外相位誤差
圖9 所示結果用5 V ADC 基準電壓源收集。該ADC 基準電壓源的幅度可以降低，從而為系統提供更小的量化水平。這樣，在小信號條件下，相位誤差精度會略有提升，但會增加系統飽和幾率。為了提高系統動態范圍，另一種不錯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，結果可使系統分辨率增加½ LSB。給定分辨率增量的過采樣比計算方法如下：
當噪聲幅度不再能隨機改變各采樣的ADC 輸出代碼時，過采樣會達到一個效益遞減點。在該點時，系統的有效分辨率將不能再次提升。過采樣導致的帶寬下降并非大問題，因為系統是以緩慢變化的幅度測量信號的。
AD7903 評估軟件提供一個校準程序，允許用戶針對三個誤差源，對ADC 輸出結果進行校正：相位、增益和失調。用戶需要收集系統未經校正的結果，確定本文計算的校準系數。圖10 所示為圖形用戶界面，其中，校準系數已高亮顯示。 系數一旦確定，則可利用這個面板來計算解調器的相位和幅度。極化坐標為觀測到的RF 輸入信號提供了一種直觀的呈現方式。幅度和相位計算通過等式1 和等式2 計算。用"采樣數(Num Samples)"下拉框，通過調整每次捕獲的采樣數，可實現對過采樣比的控制。
圖10. 接收器子系統校準GUI
結論
本文探討了遠程檢測應用面臨的主要挑戰，并提出了一種利用ADL5380、ADA4940-2 和AD7903 接收器子系統的新型解決方案，該方案可以精確、可靠地測量材料內容。提出的信號鏈具有寬動態范圍的特點，在900 MHz 條件下，可實現0°至360°的測量范圍，精度優于1°。
參考文獻
Mallach, Malte 和 Thomas Musch, "Ultra-Wideband Microwave Tomography: A Concept for Multiphase Flow Measurement"（超寬帶 微波掃描技術：多相流測量新概念" GeMiC 2014，德國亞琛，2014 年3 月10-12 日。 Ryan Curran
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