CN101340196A - 多通道数字化检波中频放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道数字化检波中频放大器，它涉及通信领域中大动态范围、多通道的数字化检波的中频放大器装置。它由带通滤波器、可变增益放大器、本振模块、混频器、放大器、A/D变换器、多通道数字检波器、D/A变换器、直流放大器等部件组成。它采用性能稳定的全数字化检波和一致性较好的可变增益放大器，使得系统不易受外界环境的温度、干扰等影响，实现了多接收通道信号的自动增益控制功能。它还具有性能稳定、动态范围大、控制精度高、调试简单、噪声性能好、调节速度快等优点，特别适于用作散射通信中多通道接收的中频放大器装置。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中一种多通道数字化检波中频放大器，特别适于用作散射通信中多通道接收的中频放大器装置。
背景技术
散射通信中，由于受到信道衰落、干扰等因素的影响，使得接收系统的输入信号强度随时间在很大的范围内变化，如果接收机的增益维持不变，则可能使强信号饱和或是弱信号丢失，为此，接收机的增益必须能随输入信号的强弱而变化，需要使用自动增益控制技术。散射通信中传统的自动增益控制电路全部采用模拟器件实现，但由于模拟器件的一致性较差且对温度的变化敏感，导致自动增益控制电路调试困难、容易震荡、可靠性较低、抗干扰能力和灵活性较差。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种调试简单、受环境影响小、稳定性和可靠性高的多通道数字化检波中频放大器，本发明采用多通道数字化检波产生增益控制信号，增益控制信号去控制可变增益放大器，使得接收信号能够保持恒幅输出，实现了对多通道接收信号的自动增益控制。本发明还具有控制动态范围大、控制精度高、调节速度快、噪声性能好等特点。
本发明的目的是这样实现的：
它包括本振模块3、多通道数字检波器7、D/A变换器8、直流放大器9及四个自动增益控制中频放大通道构成；
所述的四个自动增益控制中频放大通道由带通滤波器组1-1、1-2、1-3、1-4、可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4、混频器组4-1、4-2、4-3、4-4、放大器组5-1、5-2、5-3、5-4、A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4构成；
所述的带通滤波器组1-1、1-2、1-3、1-4各输入端口1脚分别与中频入端口A1、A2、A3、A4相连；带通滤波器组1-1、1-2、1-3、1-4、可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4、混频器组4-1、4-2、4-3、4-4、放大器组5-1、5-2、5-3、5-4、A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4、多通道数字检波器7依次串接；本振模块3的本振输出端1脚与混频器组4-1、4-2、4-3、4-4各本振输入端2脚相连；多通道数字检波器7、D/A变换器8、直流放大器9依次串接；直流放大器9的输出端口2脚与可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4各输入端口1脚相连；放大器组5-1、5-2、5-3、5-4各输出端口2脚分别与低中频出端口B1、B2、B3、B4相连；
带通滤波器组1-1、1-2、1-3、1-4分别将端口A1、A2、A3、A4输入的中频信号进行带通滤波，滤除掉通带外的噪声，滤波后的信号分别输出至可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4；
可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4分别将滤波后的中频信号在直流放大器9输出的控制电压的控制下进行自动增益放大，放大后的信号分别输出混频器组4-1、4-2、4-3、4-4；
混频器组4-1、4-2、4-3、4-4分别将可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4输出的信号与本振模块3产生的本振信号进行混频，混频后的信号分别输出放大器组5-1、5-2、5-3、5-4；
放大器组5-1、5-2、5-3、5-4分别将混频后的信号进行固定增益放大，放大后的信号分别输出至A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4，同时将信号分别通过端口B1、B2、B3、B4发送出去；
A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4分别将放大器组5-1、5-2、5-3、5-4输出的信号进行模/数变换，变换后的数字信号输送至多通道数字检波器7；
多通道数字检波器7将输入的四路数字信号进行检测产生增益控制信号，增益控制信号输出至D/A变换器8；
D/A变换器8将输入的增益控制信号进行数/模变换，变换后的增益控制信号再经过直流放大器9进行放大，放大后的增益控制信号输送至可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4。
本发明多通道数字检波器7包括低中频载波产生模块12、合并模块15、取对数模块16、门限比较模块17、误差处理模块18、鉴相器19及四路幅度检测通道组成，幅度检测通道由下变频模块组11-1、11-2、11-3、11-4、低通滤波器组13-1、13-2、13-3、13-4、累加器组14-1、14-2、14-3、14-4构成；
所述的下变频模块组11-1、11-2、11-3、11-4各输入端口1脚分别与A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4各输出端口2脚相连，其各输入端口2脚分别与低中频载波产生模块12的输出端口1脚相连；下变频模块组11-1、11-2、11-3、11-4、低通滤波器组13-1、13-2、13-3、13-4、累加器组14-1、14-2、14-3、14-4、合并模块15、取对数模块16、误差处理模块18依次串接；门限比较模块17的输入端口1脚与取对数模块16的输出端口2脚相连，其输出端口2脚与误差处理模块18的输入端口2脚相连；误差处理模块18的输出端口3脚与D/A变换器8的输入端口1脚相连；鉴相器19的输入端口1脚与高稳晶振入端口C相连，输出端2脚时钟端口CLK与各部件时钟入端口连接；
下变频模块组11-1、11-2、11-3、11-4分别将A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4输出的低中频数字信号与低中频载波产生模块12产生的低中频载波相乘进行数字下变频，数字下变频信号输出至低通滤波器组13-1、13-2、13-3、13-4；
低通滤波器组13-1、13-2、13-3、13-4分别将数字下变频信号进行低通滤波，滤波后的信号分别输出至累加器组14-1、14-2、14-3、14-4；
累加器组14-1、14-2、14-3、14-4分别对滤波后的信号取模并求平方后，再利用定时清零累加滤除高频成分，得到信号幅度，信号幅度分别输出至合并模块15；
合并模块15将输入的四路信号幅度进行合并，合并后的信号幅度输出至取对数模块16；
取对数模块16对合并后的信号幅度值取对数，对数值一路输出至门限比较模块17，另一路输出至误差处理模块18；门限比较模块17将输入的对数值与门限值进行比较，比较结果输出至误差处理模块18；误差处理模块18根据输入的对数值与门限比较结果调整当前增益控制信号的大小，调整后的增益控制信号输出至D/A变换器8。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明可变增益放大器组2-1至2-4采用可变增益放大器芯片实现，自动增益控制一致性较好，调试简单。
2、本发明多通道数字检波器7采用全数字化实现，响应和收敛速度快，检测精度高，不受外界温度、干扰的影响，系统性能稳定，而且容易调试，噪声性能好。
3、本发明多通道数字检波器7产生增益控制信号控制四个自动增益控制中频放大通道，控制的动态范围大、精度高，而且多通道间的合控性能好。
4、本发明集成化程度高，体积小，重量轻，维修方便。
附图说明
图1是本发明电原理方框图。
图2是本发明多通道数字检波器7实施例的电原理图。
具体实施方式：
参照图1、图2，本发明包括本振模块3、多通道数字检波器7、D/A变换器8、直流放大器9及四个自动增益控制中频放大通道构成；所述的四个自动增益控制中频放大通道由带通滤波器组1-1、1-2、1-3、1-4、可变增益放大器组2-1、2-2、2-3、2-4、混频器组4-1、4-2、4-3、4-4、放大器组5-1、5-2、5-3、5-4、A/D变换器组6-1、6-2、6-3、6-4构成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中带通滤波器组1-1至1-4的各输入端口1脚分别接收端口A1、A2、A3、A4的中频入信号，其作用是对中频入信号进行带通滤波，滤波后的信号分别在可变增益放大器组2-1至2-4中通过增益控制信号的控制作用实现信号恒幅输出，随后信号分别输入混频器组4-1至4-4中与本振模块3产生的本振信号进行混频，混频后得到中心频率为15MHz的低中频信号，该低中频信号分别在放大器组5-1至5-4中进行放大后从端口B1、B2、B3、B4发送出去，放大后的信号同时输送到A/D变换器组6-1至6-4进行模/数变换后再送入多通道数字检波器7。多通道数字检波器7产生的增益控制信号依次通过D/A变换器8、直流放大器9进行数/模变换及直流放大后输送至可变增益放大器组2-1至2-4控制增益变化。实施例带通滤波器组1-1至1-4采用成都天之公司生产的SBP-70带通滤波器制作；可变增益放大器组2-1至2-4采用美国AD公司生产的AD8367芯片制作；本振模块3采用美国Silicon-Lab公司生产的SI4133-BT制作；混频器组4-1至4-4采用成都亚光公司生产的HSB3混频器制作；放大器组5-1至5-4采用市售通用的XN402型集成放大器制作；A/D变换器组6-1至6-4采用美国AD公司生产的AD9218芯片制作；D/A变换器8采用美国AD公司生产的AD9763芯片制作；直流放大器9采用市售通用的XN402集成放大器制作。
本发明多通道数字检波器7的作用是将输入的低中频信号分别变换为零中频信号后，再依次经过定时清零累加、合并、取对数、门限比较，最后通过误差处理产生增益控制信号。它包括低中频载波产生模块12、合并模块15、取对数模块16、门限比较模块17、误差处理模块18、鉴相器19及四路幅度检测通道组成，幅度检测通道由下变频模块组11-1、11-2、11-3、11-4、低通滤波器组13-1、13-2、13-3、13-4、累加器组14-1、14-2、14-3、14-4构成。图2是本发明多通道数字检波器7的电原理图，实施例按图2连接线路。其中下变频模块组11-1至11-4分别将输入的低中频信号进行混频，混频后分别通过低通滤波器组13-1至13-4滤除高频成分，得到零中频信号输送给累加器14-1至14-4；累加器组14-1至14-4的作用是通过对输入信号求模、平方相加、定时清零累加得到信号幅度，将信号幅度分别输出至合并模块15；合并模块15的作用是将输入的四路信号幅度进行合并后输出至取对数模块16；取对数模块16用于将合并后的幅度取对数值，对数值一是输送至门限比较模块17，二是输送给误差处理模块18；门限比较模块17的作用是将输入的对数值与预置的门限比较，将比较结果输出至误差处理模块18；误差处理模块18的作用是根据输入的对数值及门限比较结果调整增益控制信号，将调整后的增益控制信号输送给D/A变换器8。鉴相器19主要产生各个模块工作所需的时钟。实施例下变频模块组11-1至11-4、低中频载波产生模块12、低通滤波器组13-1至13-4、累加器组14-1至14-4、合并模块15、取对数模块16、门限比较模块17、误差处理模块18、鉴相器19均采用同一块现场可编程门阵列(FPGA)集成电路制作。
本发明简要工作原理如下：
本发明对输入的中频信号进行自动增益控制，使输出的信号能够保持恒定幅度。带通滤波器组1-1至1-4接收外部具有幅度起伏的中频信号，分别对其进行带通滤波后输送至可变增益放大器组2-1至2-4中，在增益控制信号的控制下，对小信号进行放大，对大信号进行衰减，使信号恒幅输出，再经过混频、放大形成低中频信号，从端口B1、B2、B3、B4发送出去，同时低中频信号经过模/数变换后送入多通道数字检波器7。在多通道数字检波器7中，四路低中频信号进行下变频得到零中频信号，对零中频信号分别进行定时清零累加后再四路合并，对合并后的幅度取对数，将对数值与门限比较，利用比较结果及对数值的大小调整增益控制信号，增益控制信号再经过数/模变换、放大后形成送至可变增益放大器组2-1至2-4控制信号的增益变化。可变增益放大器组2-1至2-4输入的中频信号与增益控制信号形成一个闭合环路，将具有幅度起伏的中频信号成恒幅输出。
本发明安装结构如下：
把图1、图2中所有电路器件按图1、图2连接线路，安装在一块长、宽分别为280×130mm的印制板上，然后把印制板安装在一个长×宽×高为290×150×30mm的屏蔽盒插件中，屏蔽盒插件的前面板安装中频输入信号的端口A1、A2、A3、A4的电缆插座、高稳晶振输入端口C的电缆插座以及低中频输出信号端口B1、B2、B3、B4的电缆插座，组装成本发明。
Claims (2)
1、多通道数字化检波中频放大器，它包括本振模块(3)、D/A变换器(8)、直流放大器(9)，其特征在于：还包括由多通道数字检波器(7)及四个自动增益控制中频放大通道构成；
所述的四个自动增益控制中频放大通道由带通滤波器组(1-1、1-2、1-3、1-4)、可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)、混频器组(4-1、4-2、4-3、4-4)、放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)、A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)构成；
所述的带通滤波器组(1-1、1-2、1-3、1-4)各输入端口1脚分别与中频入端口A1、A2、A3、A4相连；带通滤波器组(1-1、1-2、1-3、1-4)、可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)、混频器组(4-1、4-2、4-3、4-4)、放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)、A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)、多通道数字检波器(7)依次串接；本振模块(3)的本振输出端1脚与混频器组(4-1、4-2、4-3、4-4)各本振输入端2脚相连；多通道数字检波器(7)、D/A变换器(8)、直流放大器(9)依次串接；直流放大器(9)的输出端口2脚与可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)各输入端口1脚相连；放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)各输出端口2脚分别与低中频出端口B1、B2、B3、B4相连；
带通滤波器组(1-1、1-2、1-3、1-4)分别将端口A1、A2、A3、A4输入的中频信号进行带通滤波，滤除掉通带外的噪声，滤波后的信号分别输出至可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)；
可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)分别将滤波后的中频信号在直流放大器(9)输出的控制电压的控制下进行自动增益放大，放大后的信号分别输出混频器组(4-1、4-2、4-3、4-4)；
混频器组(4-1、4-2、4-3、4-4)分别将可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)输出的信号与本振模块(3)产生的本振信号进行混频，混频后的信号分别输出放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)；
放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)分别将混频后的信号进行固定增益放大，放大后的信号分别输出至A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)，同时将信号分别通过端口B1、B2、B3、B4发送出去；
A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)分别将放大器组(5-1、5-2、5-3、5-4)输出的信号进行模/数变换，变换后的数字信号输送至多通道数字检波器(7)；
多通道数字检波器(7)将输入的四路数字信号进行检测产生增益控制信号，增益控制信号输出至D/A变换器(8)；
D/A变换器(8)将输入的增益控制信号进行数/模变换，变换后的增益控制信号再经过直流放大器(9)进行放大，放大后的增益控制信号输送至可变增益放大器组(2-1、2-2、2-3、2-4)。
2、根据权利要求1所述的多通道数字化检波中频放大器，其特征在于：多通道数字检波器(7)包括低中频载波产生模块(12)、合并模块(15)、取对数模块(16)、门限比较模块(17)、误差处理模块(18)、鉴相器(19)及四路幅度检测通道组成，幅度检测通道由下变频模块组(1 1-1、11-2、1 1-3、11-4)、低通滤波器组(13-1、13-2、13-3、13-4)、累加器组(14-1、14-2、14-3、14-4)构成；
所述的下变频模块组(1 1-1、11-2、11-3、11-4)各输入端口1脚分别与A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)各输出端口2脚相连，其各输入端口2脚分别与低中频载波产生模块(12)的输出端口1脚相连；下变频模块组(11-1、11-2、11-3、11-4)、低通滤波器组(13-1、13-2、13-3、13-4)、累加器组(14-1、14-2、14-3、14-4)、合并模块(15)、取对数模块(16)、误差处理模块(18)依次串接；门限比较模块(17)的输入端口1脚与取对数模块(16)的输出端口2脚相连，其输出端口2脚与误差处理模块(18)的输入端口2脚相连；误差处理模块(18)的输出端口3脚与D/A变换器(8)的输入端口1脚相连；鉴相器(19)的输入端口1脚与高稳晶振入端口C相连，输出端2脚时钟端口CLK与各部件时钟入端口连接；
下变频模块组(11-1、11-2、11-3、11-4)分别将A/D变换器组(6-1、6-2、6-3、6-4)输出的低中频数字信号与低中频载波产生模块(12)产生的低中频载波相乘进行数字下变频，数字下变频信号输出至低通滤波器组(13-1、13-2、13-3、13-4)；
低通滤波器组(13-1、13-2、13-3、13-4)分别将数字下变频信号进行低通滤波，滤波后的信号分别输出至累加器组(14-1、14-2、14-3、14-4)；
累加器组(14-1、14-2、14-3、14-4)分别对滤波后的信号取模并求平方后，再通过定时清零累加滤除高频成分，得到信号幅度，信号幅度分别输出至合并模块(15)；
合并模块(15)将输入的四路信号幅度进行合并，合并后的信号幅度输出至取对数模块(16)；
取对数模块(16)对合并后的信号幅度值取对数，对数值一路输出至门限比较模块(17)，另一路输出至误差处理模块(18)；门限比较模块(17)将输入的对数值与门限值进行比较，比较结果输出至误差处理模块(18)；误差处理模块(18)根据输入的对数值与门限比较结果调整当前增益控制信号的大小，调整后的增益控制信号输出至D/A变换器(8)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |