一种数字化自动电平控制方法
【专利摘要】本发明属于信号源领域，具体公开了一种数字化自动电平控制方法。所述数字化电平控制方法，采用如下控制步骤：由信号源输出电路产生的信号进入检波器并产生检波电压；检波电压进入ADC转换电路进行ADC采样处理成数字信号并发送到FPGA电路，在FPGA电路中对该数字信号进行放大及对数运算得到与FPGA电路中存储的功率参考电压数据呈线性关系的电压数据，然后将该电压数据与功率参考电压数据直接进行比较；比较后的结果经过比例转换后进入DAC转换电路转换成模拟控制电压；模拟控制电压经过驱动器反馈到信号源输出电路中，实现对信号源输出电路进行功率稳幅控制。本发明方法通过简单的硬件电路设计，即可实现对通用信号源在一定功率范围内的精确输出控制。
【专利说明】一种数字化自动电平控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号源领域，具体涉及一种数字化自动电平控制方法。
【背景技术】
[0002] 在通用信号源领域，一般要求输出信号的幅度满足一定的准确度，为了实现对输 出功率的精确控制，要用到自动电平控制技术，以确保输出功率的准确度。自动电平控制技 术是一种自动、精确控制信号幅度的常用方法，它直接影响到信号源输出信号的功率特性， 诸如精度及稳定性等指标。在通用信号源领域，传统模拟自动电平控制环路一般由功率监 测电路、功率比较电路和控制电压形成电路组成，环路框图如图1所示。
[0003] 由图1可知，功率监测电路，包括耦合器、检波器和对数放大器，用于完成对功率 信号的模拟监测功能；功率比较电路包括参考DAC和比较器，用于完成对监测功率与标准 功率的比较功能；控制电压形成电路包括积分器和驱动器，用于完成最终控制电压的形成。
[0004] 其中，检波器中检波电路一般由检波二极管组成，其输出电压随输入信号的电平 不同，呈现明显的区间特性，在小信号时与输入电压呈平方律特性，大信号时与输入电压呈 线性特性。如图2所示。因此，通常需要设置对数放大电路对检波电压进行对数转换，使得 转换后的电压与功率（dBm)呈线性关系，才能将该电压与DAC转换后的参考电平比较，进而 对比较的结果进行积分，产生的电压经过驱动器去调节幅度控制器的电流，来实现功率稳 幅控制的目的。为了实现对数放大电路在整个模拟功率区间内正常工作，一般还需要增加 补偿电路来实现大功率对数拐点和小功率检波偏置的补偿。
[0005] 采用传统模拟自动电平控制方法，电路比较复杂、调试工作量大、环路稳定时间较 长，主要表现在：
[0006] 1)传统模拟自动电平控制方法为了使检波电平与参考电平按比例对应，需要加入 对数放大、补偿电路，在与参考电平的比较和积分等环节也使用模拟电路，整个系统硬件电 路较为复杂、成本较高，对硬件电路技术要求较高；
[0007] 2)传统模拟自动电平控制方法为了实现对数放大电路在整个模拟功率区间内正 常工作，需要增加对数拐点和检波偏置补偿，便于调节区间两端即大信号和小信号输入时 的线性特性，因此对于每台整机的差异性都需要进行手动调试，过程较为繁琐，影响系统调 试的工作效率；
[0008] 3)传统模拟自动电平控制方法将与参考电平的比较结果通过模拟积分环节去调 节信号通路的线性调制电压，根据积分带宽的不同，控制电压的响应速度不同，一般在μ s 级，影响了最终功率的稳定速度。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种数字化自动电平控制方 法，通过简单的硬件电路设计，即可实现对通用信号源在一定功率范围内的精确输出控制。 [0010] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： toon] 一种数字化自动电平控制方法，包括数字化自动电平控制电路，所述数字化自动 电平控制电路，包括检波器、ADC转换电路、FPGA电路、DAC转换电路和驱动器；所述数字化 自动电平控制方法，采用如下电平控制步骤：
[0012] S1、由信号源输出电路产生的信号进入检波器，并产生检波电压；
[0013] S2、步骤S1中产生的检波电压进入ADC转换电路，进行ADC采样处理成数字信号；
[0014] S3、步骤S2中产生的数字信号进入FPGA电路，在FPGA电路中对所述数字信号进 行放大及对数运算，得到与FPGA电路中存储的功率参考电压数值呈线性关系的电压数值， 并将该电压数值与功率参考电压数值直接进行比较，比较后的结果经过比例转换处理；
[0015] S4、步骤S3中经过比例转换处理后的结果进入DAC转换电路，转换成模拟控制电 压；
[0016] S5、步骤S4中得到的模拟控制电压经过驱动器反馈到信号源输出电路中，实现对 信号源输出电路进行功率稳幅控制。
[0017] 进一步，上述信号源输出电路包括幅度控制器、信号调理电路、耦合器和数字化 自动电平控制电路；输入信号依次经过幅度控制器、信号调理电路和耦合器后得到输出信 号；
[0018] 在所述步骤S1中，由耦合器产生的输出信号进入检波器，并产生所述检波电压；
[0019] 在所述步骤S5中，所述模拟控制电压经过驱动器到达幅度控制器，通过调节幅度 控制器的电流来实现功率稳幅控制。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0021] 1)本发明中数字化自动电平控制方法，采用FPGA电路并配合ADC转换电路和DAC 转换电路，即可实现传统模拟控制电路中的对数转换、补偿、参考电压产生及比较和积分功 能，降低了数字化自动电平控制电路的设计成本和复杂度；
[0022] 2)本发明中数字化自动电平控制方法，由于不需要进行模拟控制电路中的对数补 偿运算，因此降低了手动调试工作量，提高了系统调试的工作效率；
[0023] 3)本发明中数字化自动电平控制方法，在产生模拟控制电压的环节，由于不需要 积分运算，只要A/D及D/A时钟速度满足要求，即可实现比模拟控制电路更快的稳定速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为传统模拟自动电平控制电路的结构框图；
[0025] 图2为二极管检波特性示意图；
[0026] 图3为本发明中数字化自动电平控制电路的结构框图；
[0027] 图4为本发明中数字化自动电平控制方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
[0029] 本发明的基本思想是：通过对模拟功率监测电路输出信号的特性分析，提出一种 数字化自动电平控制方法，除了前端检波、ADC转换电路和后端模拟控制电路外，其余环节 均由FPGA电路进行数字化处理，可以有效地降低自动电平控制电路的成本及技术复杂性， 利于提1?系统调试的工作效率。
[0030] 具体的，结合图3所示，信号源输出电路，包括幅度控制器、信号调理电路、耦合器 和数字化自动电平控制电路。
[0031] 数字化自动电平控制电路，包括检波器、ADC转换电路、FPGA电路、DAC转换电路和 驱动器。输入信号依次经过幅度控制器、信号调理电路和耦合器后得到输出信号。
[0032] 耦合器的输出端与检波器的输入端连接，驱动器的输出端与幅度控制器的输入端 连接。
[0033] 由f禹合器产生的输出信号进入检波器并产生检波电压，产生的检波电压进入ADC 转换电路进行ADC采样，处理成数字信号并发送到FPGA电路，在FPGA电路中对该数字信号 进行放大及对数运算，得到与FPGA电路中存储的功率参考电压数据呈线性关系的电压数 据，然后将该电压数据与功率参考电压数据直接进行比较，比较后的结果经过比例转换后 进入DAC转换电路转换成模拟控制电压，模拟控制电压经过驱动器反馈到幅度控制器上， 通过调节幅度控制器的电流来实现功率稳幅控制。
[0034] 在本发明数字化自动电平控制电路中，检波电压不经过模拟对数转换电路，而是 直接通过ADC转换电路转换成数字信号，然后对该数字信号进行对数运算，从而得到与功 率参考电压呈线性关系的电压，并且不需要对数拐点和检波偏置等模拟补偿电路；另外，在 与功率参考电压的比较环节，全部采用数字模拟技术，不需要功率参考电压的模拟生成电 路及硬件比较电路；在模拟控制电压的生成环节，直接采用简单的DAC转换电路，不需要积 分电路。以上结构的设计，大大简化了自动电平控制电路的设计成本和复杂度。
[0035] 结合图4所示，一种数字化自动电平控制方法，采用上述数字化自动电平控制电 路。具体的，数字化自动电平控制方法，包括如下电平控制步骤：
[0036] S1、由信号源输出电路产生的信号进入检波器，并产生检波电压；
[0037] S2、步骤S1中产生的检波电压进入ADC转换电路，进行ADC采样处理成数字信号；
[0038] S3、步骤S2中产生的数字信号进入FPGA电路，在FPGA电路中对所述数字信号进 行放大及对数运算，得到与FPGA电路中存储的功率参考电压数据呈线性关系的电压数据， 并将该电压数据与功率参考电压数据直接进行比较，比较后的结果经过比例转换处理；
[0039] S4、步骤S3中经过比例转换处理后的结果进入DAC转换电路，转换成模拟控制电 压；
[0040] S5、步骤S4中得到的模拟控制电压经过驱动器反馈到信号源输出电路中，并对信 号源输出电路进行功率稳幅控制，实现了对通用信号源在一定功率范围内的精确输出控 制。
[0041] 在步骤S1中，由耦合器产生的输出信号进入检波器并产生所述检波电压；
[0042] 在步骤S5中，模拟控制电压经过驱动器到达幅度控制器，通过调节幅度控制器的 电流来实现功率稳幅控制。
[0043] 本发明中的数字化自动电平控制方法，由于不需要进行模拟控制电路中的对数补 偿运算，因此降低了手动调试工作量，提高了系统调试的工作效率；另外，在产生模拟控制 电压的环节，由于不需要进行模拟控制电路中的积分运算，只要A/D及D/A时钟速度满足要 求，即可实现比模拟控制电路更快的稳定速度。
[0044] 当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应 当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明 显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【权利要求】
1. 一种数字化自动电平控制方法，包括数字化自动电平控制电路，其特征在于，所述数 字化自动电平控制电路，包括检波器、ADC转换电路、FPGA电路、DAC转换电路和驱动器；所 述数字化自动电平控制方法，采用如下电平控制步骤： 51、 由信号源输出电路产生的信号进入检波器，并产生检波电压； 52、 步骤S1中产生的检波电压进入ADC转换电路，进行ADC采样处理成数字信号； 53、 步骤S2中产生的数字信号进入FPGA电路，在FPGA电路中对所述数字信号进行放 大及对数运算，得到与FPGA电路中存储的功率参考电压数值呈线性关系的电压数值，并将 该电压数值与功率参考电压数值直接进行比较，比较后的结果经过比例转换处理； 54、 步骤S3中经过比例转换处理后的结果进入DAC转换电路，转换成模拟控制电压； 55、 步骤S4中得到的模拟控制电压经过驱动器反馈到信号源输出电路中，实现对信号 源输出电路进行功率稳幅控制。
2. 根据权利要求1所述的一种数字化自动电平控制方法，其特征在于，所述信号源输 出电路包括幅度控制器、信号调理电路、耦合器和数字化自动电平控制电路；输入信号依次 经过幅度控制器、信号调理电路和耦合器后得到输出信号； 在所述步骤S1中，由耦合器产生的输出信号进入检波器，并产生所述检波电压； 在所述步骤S5中，所述模拟控制电压经过驱动器到达幅度控制器，通过调节幅度控制 器的电流来实现功率稳幅控制。
【文档编号】H03K19/0175GK104124955SQ201410336728
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】齐彦君, 宫夏, 刘娜, 牛大胜 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所