一种可控增益放大器的控制装置及控制方法_2

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于本发明保护的范围。
[0050]本发明实施例提供一种可控增益放大器的控制装置,所述功率控制装置的输入端与射频单元输出端连接,所述功率控制装置的输出端与功率放大器连接,如图1所示,所述控制装置包括:固定衰减网络单元1、激励检波采样单元2、模数转换单元3、自动电平控制单元4、数模转换单元5以及可控增益放大器6。
[0051]其中,所述固定衰减网络单元I的输入端与所述射频单元的输出端连接,所述固定衰减网络单元I的输出端与所述激励检波采样单元2的输入端和所述可控增益放大器6的输入端连接,所述激励检波采样单元2的输出端与所述模数转换单元3的输入端连接,所述模数转换单元3的输出端与所述自动电平控制单元4的输入端连接,所述自动电平控制单元4的输出端与所述数模转换单元5的输入端连接,所述数模转换单元5的输出端与所述可控增益放大器6的输入端连接,所述可控增益放大器6的输出端与所述功率放大器的输出端连接。
[0052]所述射频单元输入测试频率的射频信号,所述功率放大器用于对所述功率控制装置输出的信号进行功率放大。
[0053]所述固定衰减网络单元,用于接收所述射频单元输入的测试频率的射频信号,对所述测试频率的射频信号的幅度进行衰减,输出测试频率的激励信号,确保激励信号的幅度大小落在激励检波采样单元的线性区间内。
[0054]所述激励检波采样单元,用于接收所述测试频率的激励信号,将所述测试频率的激励信号转换为分贝模拟电平信号输出。激励检波采样单元主要完成激励信号的检波,本发明采用对数解调放大器,将输入的激励信号转换为分贝模拟电平信号输出,每一级级联放大器具有渐近式输出,输出保持高精准,同时激励检波采样单元中检波器的脉冲响应时间较快,一般为十几纳秒。
[0055]所述模数转换单元,用于接收所述分贝模拟电平信号,将所述分贝模拟电平信号转换为分贝数字序列输出。本发明选用转换速率快、分辨率高、逼近型的模数转换器。
[0056]所述自动电平控制单元,用于存储所述测试频率的射频信号对应的预设激励信号的幅度,接收所述测试频率的激励信号,并根据所述测试频率的激励信号的幅度和所述预设激励信号的幅度,生成数字电压控制序列,所述数字电压控制序列用于调节所述可控增益放大器的增益值。
[0057]所述自动电平控制单元根据所述测试频率的激励信号的幅度和所述预设激励信号的幅度,生成数字电压控制序列,具体包括:
[0058]若所述测试频率的激励信号的幅度大于所述预设激励信号的幅度,则所述自动电平控制单元生成数字电压控制序列,所述数字电压控制序列用于调节所述可控增益放大器的增益值,控制所述可控增益放大器对所述测试频率的激励信号进行衰减;
[0059]若所述测试频率的激励信号的幅度小于所述预设激励信号的幅度,则所述自动电平控制单元生成数字电压控制序列,所述数字电压控制序列用于调节所述可控增益放大器的增益值,控制所述可控增益放大器对所述测试频率的激励信号进行放大。
[0060]所述数模转换单元,用于将所述数字电压控制序列转换为模拟控制电平并输出。在选用数模转换芯片时要求其具有总谐波失真小,最大转换速率高,建立时间短等特性。
[0061]所述可控增益放大器,用于根据所述模拟控制电平调节所述可控增益放大器的增益值,接收所述固定衰减网络单元输出的测试频率的激励信号,对所述测试频率的激励信号按照增益值进行放大或者衰减,并将放大或者衰减后的信号输出至功率放大器。本发明中可控增益放大器选用高性能电压控制可变增益放大/衰减器。
[0062]进一步的,如图2所示,所述控制装置还包括电源单元7,用于为所述功率控制装置中各个单元提供工作电压。本发明实施例采用高效率电源单元以及相应的电源转换芯片为电路提供工作电压。
[0063]示例性的,为进一步说明本发明技术方案,制作满足1.6MHz-30MHz频段射频预处理的短波数字功率控制装置,采用以下实验过程进行说明:
[0064]中频检波器(即激励检波采样单元)选用芯片AD8318,模数转换器(即模数转换单元)选用芯片AD7980,数模转换器(数模转换单元)选用芯片AD5541,可控增益放大器选用芯片ADL5331。参照表中额定功率选取125W,不同频率从1.811MHz开始,每隔0.5MHz测量一次激励信号的大小直到29.81 IMHz共选取57个点。
[0065]首先射频信号(3dBm?1dBm)经过25dB的型固定电阻衰减网络衰减。此衰减网络可确保取样的射频信号大小落在中频检波器的线性区间内。其次对通路信号检波采样,经自动电平控制单元处理电路后获取模拟控制电平,射频信号经耦合网络后送入AD8318进行激励检波取样。检波器输入阻抗通过电阻匹配到50 Ω,引脚VSET和VOUT相连,使其工作在“测量模式”,确保输出电压与输入信号电平呈线性关系。检波器输出电平送入AD7980,通过SPICS0(AD7980片选信号)的控制分时占用时钟信号SPICLK和数据输出通道SP10UT,产生相应数字信号,此信号和射频信号成线性关系并送到自动电平控制处理电路。通过当前信号大小与参照表中相应频率下信号大小比较完成功率控制的动态计算进而获取一系列数字代码。将获取的数字代码写入AD5541,通过SPICS1(AD5541片选信号)的控制分时占用时钟信号SPICLK和数据输出通道SP1UT输出模拟电平(即为ALC控制电平),实时有效地控制发射信号增益。
[0066]检波输出信号电平可直接送到AD7980的输入端(检波信号电平范围0.5V?2.1V,AD7980输入电压范围为OV?2.5V)。考虑到检波信号电平可能会有杂波干扰,对其经滤波网络滤除杂散;同时为了减小数字信号对模拟信号的影响,在AD8318的VOUT脚和AD7980的IN+脚之间增加运算放大器LM158,起到数模隔离作用。
[0067]中频检波器(AD8318)的输入激励与输出电压关系如图3所示,可以看出输入信号在-55到OdB之间输出成线性关系,在这段区域里输入功率随输出电压的变化为24mV/dB。AD7980为16位,考虑噪声因数在内,当参考电压为2.5V时,采样数字精度为0.08mV,转化为功率精度约为0.0033dB,满足精度要求。
[0068]最后为射频信号的增益控制工作。信号通过30MHz低通滤波器后送入可变增益放大器ADL5331进行增益控制,如图4所示为可控增益放大器的控制电压和增益关系示意图。控制电平由AD5541提供。由于AD5541输出电压范围为O?2.5V,为了避免ADL5331GAIN脚的过驱恢复问题,在送入GAIN脚前对其进行分压处理。考虑到数字信号对模拟信号的影响,在AD5541的VOUT脚和ADL5331的GAIN脚之间同样增加运算放大器LM158,进行数模隔离处理,可变增益放大器的输出信号最终送入功放单元。
[0069]根据图4可知,横轴输入电压在0.1V?1.4V之间增益基本为线性关系。在这段里,增益随电压的变化约为43mV/dBο射频采用的数模转换器为AD5541,为16位,考虑噪声因数在内,当参考电压为2.5V时,采样数字精度为0.08mV,转换为增益精度为0.02dB,满足需求。
[0070]电源单元的电路:(a)将24V电通过三端稳压器转为模拟12V为运算放大器LM158提供工作电压;(b)将24V利用效率不小于80%的DC-DC电源单元转为5V,通过电感隔离处理方法将5V转为模拟5V为AD8318、AD5541以及ADL5331提供工作电压;(c)通过电感隔离处理方法将5V转为数字5V,再由相应电源芯片将数字5V分别转为数字3.3V和数字2.5V为AD7980提供工作电压;(d)由专门的基准电压源芯片将模拟5V转为2.5V为AD7980和AD5541工作提供基准电压。
[0071 ]本发明技术方案在多款短波电台的125W功放平台上进行了验证。具体的,在7.81 IMHz、15.81 IMHz ,19.81 IMHz下分别测试报位、数话和模拟话工作模式下电台的输出功率。
[0072]在报位和数话工作模式下,记录发功率时的功率值。测试结果为:报位模式下的输出功率达到49dBm±ldB,数话工作模式下的输出功率达到50dBm±ldB。连续功率超过IdBm的时间不超过I Oms,功率释放时间不超过30ms。
[0073]在报位工作模式下,功率的释放时间<30ms,这里假设电台工作频率
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