CN100555841C - 基于乘法型数模转换器的可控增益通用变频器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种基于乘法型数模转换器的可控增益通用变频器。它包括乘法型数模转换器2、基频与增益码产生电路6、选频电路3以及模数转换器4和信号处理器5，接收机接收到的信号经过前置放大和滤波电路之后变成具有一定载频和包络信息的信号1，信号1从乘法型数模转换器2的电压参考端输入，再经过选频电路3得到所需要的基频信号，基频信号输入模数转换器4采集、并经信号处理器5处理后输入基频与增益码产生电路6，增益码与基频产生电路6的输出输入乘法型数模转换器2。本发明将传统的相互独立的变频与增益控制电路模块，利用乘法型数模转换器自身的乘法功能组合在一起，既增加了系统的灵活性和适应能力，又降低了系统的硬件规模。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种变频和增益控制电路，具体地说是一种在雷达、声纳、通信和医疗等领域广泛应用的变频和增益控制电路。
(二)背景技术
在雷达、声纳、通信和医疗等领域中，大多数系统都需要将接收到的具有较高载频的信号通过下变频的方式，变为较低载频的信号，再进行采样和后续处理，因此变频电路是上述领域中很多系统中不可缺少的部分。另外，由于环境、信道以及目标特性的不同影响，造成系统接收信号的强度差别很大，为了使系统对不同信号具有同样的适应能力，则接收机除了具有一定的放大和滤波功能外还必须具有一定的增益控制能力。
传统的变频与增益控制通常是两个独立的电路模块，即由增益控制电路将信号放大或缩小到一定范围内再由变频电路进行变频操作，因此系统的硬件规模一般较大，并且参数确定的变频电路一般只能实现一种基频，从而降低了系统的灵活性和适用性。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种即能降低系统的硬件规模，又能使变频器的基频进行实时调整，增加系统的灵活性和实用性的基于乘法型数模转换器的可控增益通用变频器。
本发明的目的是这样实现的：它包括乘法型数模转换器2、基频与增益码产生电路6、选频电路3以及模数转换器4和信号处理器5，接收机接收到的信号经过前置放大和滤波电路之后变成具有一定载频和包络信息的信号1，信号1从乘法型数模转换器2的电压参考端输入，再经过选频电路3得到所需要的基频信号，基频信号输入模数转换器4采集、并经信号处理器5处理后输入基频与增益码产生电路6，增益码与基频产生电路6的输出输入乘法型数模转换器2。
本发明的基本工作原理和增益控制流程如下：
增益码与基频产生电路6按照程序设置控制乘法型数模转换器2产生一定频率(基频频率)和幅度(增益)的方波基频信号(SB(t))。
接收机接收到的信号经过前置放大和滤波电路之后变成具有一定载频和包络信息的信号1，记为SR(t)，SR(t)从乘法型数模转换器2的电压参考端输入，利用乘法型数模转换器2自身具有的乘法特性将电压参考与输入数字量相乘，如下面公式所示，
VOUT＝D×Vref
当数模转换器的输入数字量按一定频率和幅度变化时，则产生上述的基频信号，而参考端输入信号为SR(t)，所以数模转换器的输出信号变为，
VOUT＝SB(t)×SR(t)
从而实现输入信号与基频信号的混频，再经过选频电路3即可得到所需要的基频信号。
将变频后的信号通过模数转换器4采集并经信号处理器5处理后可得到变频后信号的幅度和频率，利用这些信号信号处理器5再控制基频与增益码产生电路6来调整基频信号的频率和幅度从而实现变频频率和增益的实时控制功能。
本发明的优点是：将传统的相互独立的变频与增益控制电路模块，利用乘法型数模转换器自身的乘法功能组合在一起，在变频的同时实现了自动增益控制，基频的频率和幅度都可以进行实时调整，既增加了系统的灵活性和适应能力，又降低了系统的硬件规模。
(四)附图说明
图1基于乘法型数模转换器的可控增益变频器结构原理框图。
图2一种基于AD7943串行输入乘法数模转换器的实现电路原理图。
图3利用FPGA实现的用于控制图2变频电路的增益码与基频产生电路的RTL级综合框图。
图4用于自动增益控制的噪声检测流程图。
图5自动增益控制流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，基于乘法型数模转换器的可控增益通用变频器的组成包括乘法型数模转换器2、基频与增益码产生电路6、选频电路3以及模数转换器4和信号处理器5，接收机接收到的信号经过前置放大和滤波电路之后变成具有一定载频和包络信息的信号1、记为SR(t)从乘法型数模转换器2的电压参考端输入，再经过选频电路3得到所需要的基频信号，基频信号输入模数转换器4采集、并经信号处理器5处理后输入基频与增益码产生电路6，增益码与基频产生电路6的输出输入乘法型数模转换器2。
发明的一种实施方案采用串行输入的乘法型数模转换器AD7943，接收机前置放大电路对接收信号放大到一定范围，并将信号从AD7943的电压参考端输入。基频与增益码产生电路6由FPGA实现，其功能是接收信号处理器设置的基频频率和增益幅度，并控制AD7943产生具有一定频率和幅度的方波基频信号。选频电路3由AD8066构成低通滤波器，滤除高频分量，将下变频的信号输入给模数转换器4，模数转换器采用AD7865，对变频后的信号进行采集，信号处理器5采用TMS320C6713，实现噪声和信号检测以及自动增益控制。
结合图2，变频和选频电路的组成及原理为：按照上述说明，串行输入乘法型数模变换器AD7943实现混频与自动增益控制功能，由AD8066组成的低通滤波器实现选频功能，输入信号通过AD7943的电压参考端输入，经混频后通过低通滤波器，最后得到所需频率的信号。
结合图3，基频与增益码产生电路的组成与原理为：基频与增益码产生电路均有FPGA实现，主要包括并串转换模块用于将增益码送入AD7943，基频产生模块生成一定频率的脉冲信号控制AD7943产生一定频率的方波基频信号。
结合图4和图5分别给出了噪声检测和自动增益控制的流程。噪声检测时应确保没有信号输入，首先对所有通道的噪声进行平均，然后判断是否在控制范围内，例如本实施方案中选择的0.01~0.2，如果不在控制范围则通过改变增益码来调整前端放大倍数，如果在控制范围内，则计算检测门限等相关参数。自动增益控制过程为，将采集的数据进行检波，若检测到信号则将其存入一滑动窗中，待滑动窗满后对数据进行平均，并于高低门限进行比较，若低于低门限则将增益码提高25％，若高于高门限则将增益降低25％，否则增益不变。
Claims (1)
1、一种基于乘法型数模转换器的可控增益通用变频器，它包括乘法型数模转换器(2)、基频与增益码产生电路(6)、选频电路(3)以及模数转换器(4)和信号处理器(5)，其特征是：接收机接收到的信号经过前置放大和滤波电路之后变成具有一定载频和包络信息的信号(1)、信号(1)从乘法型数模转换器(2)的电压参考端输入，再经过选频电路(3)得到所需要的基频信号，基频信号输入模数转换器(4)采集、并经信号处理器(5)处理后输入基频与增益码产生电路(6)，增益码与基频产生电路(6)的输出输入乘法型数模转换器(2)。
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| 数字下变频器中自动增益控制电路的设计与实现. 宋丹.中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑. 2006 |
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