CN101841311B - 一种数字电压增益控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电压增益控制装置，该装置通过将数字控制信号模数转换为模拟控制电压以作用于压控增益模块，从而在中频端实现模拟信号的增益控制，其可控增益变化范围广、响应速度快、调整精度高。而且，该装置通过提供运行于PC上的用户控制软件，用户可以在用户界面指定所需增益水平，其操作方便且实现了智能化。此外，该装置通过提供用户编程接口，用户可以对数模转换模块进行自定义在线编程，实现增益的控制与更改、与客户设备的灵活级联，从而组成完备的自动增益控制环路，具有极大的自由度和扩展空间。

Description

一种数字电压增益控制装置

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种数字电压增益控制装置。

背景技术

当前数字通信技术以日新月异的速度发展，从第二代时分多址的GSM技术，到第三代码分多址的CDMA技术，再到最近的正交频分多址的OFDM技术，短短二十年时间，通信技术已经发展了若干代。自动增益控制(AGC)是通信中的关键技术，对当前流行的CDMA技术(如我国自行设计的第三代通信TD-SCDMA标准)而言，更是如此。CDMA技术实现的一个难点就是功率控制，CDMA基站需要自动控制各个用户的发射功率，同时提高每个用户的接收功率，减轻CDMA系统中“远近效应”的影响，从而改善通信质量。不仅在通信领域，在工业控制领域中自动增益控制技术的应用也非常广泛。

自动增益控制可以通过模拟技术在射频端实现，也可以采用数字信号处理技术在数字基带实现。但是上述两者各有优缺点，模拟方式的自动增益控制具有响应快的优点，但其调整精度和调整范围都有限；而数字方式的自动增益控制则具有调整精度高的优势，但其响应速度相对较慢，而且因其处于信号接收的后端，对信号的信噪比改善作用相对较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字电压增益控制装置，实现调整精度高且响应速度快的信号增益控制。

本发明提供了一种数字电压增益控制装置，其包括：PC用户控制模块，用于通过PC预设所需增益水平，将所述增益水平转换成对应的数字控制信号并按照串口协议发送；串口协议接口模块，从所述PC用户控制模块接收所述数字控制信号，其包括串口电缆、串口接插件以及串口物理层处理单元，所述串口物理层处理单元用于对所述数字控制信号进行对应的物理层处理；微处理器模块，连接所述串口协议接口模块，用于对所述数字控制信号进行对应的网络层处理；数模转换模块，从所述微处理模块接收所述数字控制信号，并转变为模拟控制电压；模拟信号输入接口模块，用于为待控模拟信号提供通道；压控增益模块，连接所述数模转换模块和所述模拟信号输入接口模块，根据所述模拟控制电压实现所述待控模拟信号的增益变化；模拟信号输出接口模块，连接所述压控增益模块，用于为所述压控增益模块的输出信号提供通道。

在上述数字电压增益控制装置中，所述数模转换模块使用TLV5637芯片。

在上述数字电压增益控制装置中，所述压控增益模块使用AD8331芯片。

在上述数字电压增益控制装置中，还包括电源输入模块，用于实现电力的输入和供给。

在上述数字电压增益控制装置中，所述电源输入模块包括交流适配器、电源接插件以及开关。

在上述数字电压增益控制装置中，还包括用户编程接口模块，其连接所述数模转换模块，用于对所述数模转换模块编程。

在上述数字电压增益控制装置中，压控增益模块实现两路待控模拟信号的增益控制。

与现有技术相比，本发明提供的数字电压增益控制装置具有以下优点：

1、通过将数字控制信号模数转换为模拟控制电压以作用于压控增益模块，从而在中频端实现模拟信号的增益控制，其可控增益变化范围广、响应速度快、调整精度高；

2、通过提供运行于PC上的用户控制软件，用户可以在用户界面指定所需增益水平，其操作方便且实现了智能化；

3、通过提供用户编程接口，用户可以对数模转换模块进行自定义在线编程，实现增益的控制与更改、与客户设备的灵活级联(接入上游主控设备)，从而组成完备的自动增益控制环路，具有极大的自由度和扩展空间。

附图说明

图1为本发明的数字电压增益控制装置的结构示意图；

图2为本发明PC输入模式工作步骤的流程图；

图3为本发明用户编程模式工作步骤的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

请参阅图1，图1显示了本发明的数字电压增益控制装置的结构示意图。图1中，该数字电压增益控制装置包括PC用户控制模块1、串口协议接口模块2、微处理器模块3、数模转换模块4、压控增益模块5、模拟信号输入接口模块7以及模拟信号输出接口模块8。下面结合图1描述各个模块的功能和结构。

PC用户控制模块1用于通过PC预设所需增益水平，将所述增益水平转换成对应的数字控制信号并按照串口协议发送。具体地，PC用户控制模块1提供用户界面以及运行于界面后台的算法计算引擎和接口引擎。通过用户界面，用户可以输入所需增益水平(以dB为单位)。然而，实际所需的为压控增益模块5中增益水平对应的模拟控制电压，而该模拟控制电压又由数模转换模块4提供，因此必须根据用户输入的增益水平得到压控增益模块5的模拟控制电压，再按照数模转换模块4的转换规则由该模拟控制电压得到最后的数字控制信号。这里，在界面后台运行计算引擎，按照上述增益水平与数字控制信号之间的算法，计算得到所需的数字控制信号。通过在PC计算数字控制信号而不选择在微处理器模块3实现，可以减少微处理器模块3的计算量，用PC的强大运算力降低响应时间损耗。获得增益水平所对应的数字控制信号后，运行接口引擎。在此，按照定义的协议标准进行信号组帧(帧信息包括增益水平对应的数字控制信号)，并按照串口RS232总线标准发送所有数据帧。

串口协议接口模块2从PC用户控制模块1接收数字控制信号。具体地，该串口协议接口模块2实现PC和微处理器模块3之间接口的连接，其包括串口电缆21、串口接插件22以及串口物理层处理单元23。串口电缆21为常用的计算机9针串口电缆，串口接插件22为DB9串口母头，上述两者将PC发送的串口数据(即数字控制信号)传往串口物理层处理单元23。串口物理层处理单元23用于对数字控制信号进行对应的物理层处理，将输入的RS232总线接口电平转换至微处理器模块3接受的电平(例如TTL电平或CMOS电平)，然后通过RS232总线送往微处理器模块3。

微处理器模块3连接串口协议接口模块2，用于对数字控制信号进行对应的网络层处理。微处理器模块3为本发明的逻辑控制单元，其核心为一微处理器，该微处理器外围还具有电阻、电容等电子器件。微处理器内部集成片上程序存储器和数据存储器，这样可以外围添加flash闪存和SRAM，从而为本发明小型化创造条件。上电后，微处理器从片上程序存储器读取已经固化后的程序，完成配置。这里，微处理器模块3接收PC发出的用户控制命令，并按照定义的协议格式解析用户命令，分解得到对应的数字控制信号。但是数模转换模块4的数字总线标准可能不是串口协议(本实施例中为SPI总线标准)，因此微处理器必须按照数模转换模块4的数字总线标准进行重新组帧并发送。

数模转换模块4从微处理模块3接收数字控制信号，并转变为模拟控制电压。数模转换模块4核心为一数字模拟转换器(DAC)，其输出的模拟控制电压作用于后续的压控增益模块5。该数模转换模块4具体可选用德州仪器公司的型号为TLV5637的数模转换芯片，该芯片具有如下优点：一、SPI数字总线接口，串行化数字总线，接口简单，便于编程开发；二、数模转换建立时间短，建立时间仅为0.8us，响应速度快；三、转换精度高，转换误差为0.1LSB(最低位)，而且内部采用高精度的基准电压源(具体为1.024V)，输出的模拟电压误差量为0.5mV，该误差量仅给后续的压控增益控制模块带来0.025dB的增益误差。数模转换模块的精度直接决定了本发明的增益控制误差水平。

模拟信号输入接口模块7用于为待控模拟信号提供通道。这里需要注意的是，模拟信号输入接口模块7可以实现多路待控模拟信号的输入。在本实施例中，为实现两路待控模拟信号的输入，该模拟信号输入接口模块7包括两个同轴电缆输入接插件71、72，以及后续的两路阻抗匹配与隔直电路单元73、74。以一路为例进行描述，同轴电缆输入接插件71实现待控模拟信号的输入，然后传给后续的阻抗匹配与隔直电路单元73，而阻抗匹配与隔直电路单元73实现阻抗匹配以及与上游的直流电隔离(实现与上游输入设备间50欧姆的阻抗匹配和直流电隔离)，从而避免上游设备和本装置之间的直流耦合影响。阻抗匹配与隔直电路单元73为由电阻、电容、电感组成的功能电路，另一路组成与此同。模拟信号输入接口模块7为压控增益模块5的信号输入提供了通道。

压控增益模块5连接数模转换模块4和模拟信号输入接口模块7，根据模拟控制电压实现待控模拟信号的增益变化。压控增益模块5主体为压控增益处理器，该压控增益处理器外围还具有辅助工作的电阻、电容、电感等。压控增益处理器可选用模拟设备公司的AD8331芯片，该芯片内部集成了两个通道的电压控制增益变化功能，一个模拟控制电压能够同时实现两个通道的对应增益变化，由此压控增益模块5能够实现两路待控模拟信号的增益控制。该芯片具有以下特点：一、内部功率调整级由输入低燥放、可编程中放、输出放大级组成，增益最大变化范围可以达到48dB(从-4.5dB到43.5dB)，满足大范围增益变化要求；二、优异的宽带幅频响应一致性，其3dB带宽可以到120MHz，完全可以覆盖整个中频领域，对保证大带宽输入信号的信号完整性具有重要意义；三、芯片内同时实现两路模拟输入信号增益控制，通道间增益误差在0.05dB以内，可应用于正交、同相支路增益偏差失衡较小的场景，如QPSK调制。压控增益模块的电压增益控制功能是由其微电子级电路设计决定的。

模拟信号输出接口模块8连接压控增益模块5，用于为压控增益模块5的输出信号提供通道。类似的，该模拟信号输出接口模块8可以实现多路控制后的模拟信号的输出。在本实施例中，为实现两路控制后的模拟信号的输出，该模拟信号输出接口模块8包括两路变压器电路单元81、82和后续的同轴电缆输出接插件83、84。仍以一路为例进行描述，变压器电路单元81核心为变压器及其外围电阻、电容组成的功能电路。变压器电路单元81在此有两个作用：一是阻抗匹配，将输出阻抗调整为50欧姆，这样可以减少输出信号反射，维护输出信号完整性；二是隔直作用，将本装置的输出信号直流偏置与下游设备隔离，减少两级设备间直流耦合之间的影响。经过变压器电路单元81处理后，通过pcb走线传给后续的同轴电缆输出接插件83，同轴电缆输出接插件83负责将控制后的模拟信号沿同轴电缆输出给下游设备。另一路配置与上述相同。

本装置还包括电源输入模块6，用于实现电力的输入和供给。该电源输入模块6包括交流适配器61、电源接插件62以及开关63。交流适配器61常规选用输出5v至6v的类型。电源接插件62和开关63为电力接入提供通路。

以上，本装置通过将数字控制信号模数转换为模拟控制电压以作用于压控增益模块，从而在中频端实现模拟信号的增益控制，其可控增益变化范围广、响应速度快、调整精度高。例如，从客户在用户界面指定端口输出到各端口真实输出，响应时间小于1ms。而且，本装置通过提供运行于PC上的用户控制软件，用户可以在用户界面指定所需增益水平，其操作方便且实现了智能化。

此外，本装置还可以包括用户编程接口模块9，其连接数模转换模块4，用于对数模转换模块4编程。在本实施例中，用户编程接口模块9为一被动型接插件，该接插件连接数模转换模块4的数字输入SPI总线接口。用户可以不选用PC输入模式，而按照SPI协议标准和数模转换模块4的输入数据格式，通过该接口对数模转换模块4编程，得到对应的数字控制信号进而实现理想的增益控制。该接口为用户进行自定义开发，实现与客户设备的灵活级联，具有极大的自由度和扩展空间。而且，SPI总线协议标准为业界通用总线标准之一，很多单片机等微处理器都集成了该总线接口，因此易于设备集成和级联。

由此，本装置通过提供用户编程接口，用户可以对数模转换模块进行自定义在线编程，实现增益的控制与更改、与客户设备的灵活级联(接入上游主控设备)，从而组成完备的自动增益控制环路，具有极大的自由度和扩展空间。

本发明提供PC界面输入和用户编程输入两种模式，为用户立即使用和再开发带来极大便利。

接下来，结合图1和图2，具体描述本发明的PC界面输入模式下的工作步骤流程：

步骤S1，将电源输入模块6中交流适配器61接入交流电，通过后续电源接插件62和开关63实现电力输入。同时模拟信号输入接口模块7中同轴电缆输入接插件71、72接入信号，串口电缆连接PC，本装置开始工作。微处理器模块3从片上存储器读取固化程序，完成配置，等待数据接收。

步骤S2，运行PC上的PC用户控制模块1，用户输入各通道增益水平。PC用户控制模块1获取增益水平后，按照相应算法进行后台的数字控制信号计算，并按照定义的协议格式和RS232标准发送用户控制命令。

步骤S3，通过串口协议接口模块2，微处理器模块3接收PC发出的用户控制命令，并按照定义的协议格式解析用户命令得到所需的数字控制信号，最后按照数模转换模块4的数字输入总线SPI标准发送控制命令。

步骤S4，数模转换模块4接收SPI数字总线的信号并进行数模转换，输出对应的模拟控制电压给后续的压控增益模块5。

步骤S5，压控增益模块5在模拟控制电压的直接控制下同时实现两路信号以用户指定的增益水平输出。两路信号输出经过模拟信号输出接口模块8输出给下游设备。

接下来，结合图1和图3，具体描述本发明的用户编程模式下的工作步骤流程：

步骤G1，将电源输入模块6中交流适配器61接入交流电，通过后续电源接插件62和开关63实现电力输入。同时模拟信号输入接口模块7中同轴电缆输入接插件71、72接入信号，本装置开始工作。微处理器模块3从片上存储器读取固化程序，完成配置，等待数据接收。

步骤G2，用户编程接口模块9中接插件接入用户上游设备，用户上游设备可按照SPI协议标准和数模转换模块4的输入数据格式，通过该接口对数模转换模块4编程，得到对应的数字控制信号进而实现理想的增益控制。

步骤G3，数模转换模块4接收SPI数字总线信号并进行数模转换，输出对应的模拟控制电压给后续的压控增益模块5。

步骤G4，压控增益模块5在模拟控制电压的直接控制下同时实现两路信号以用户指定的增益水平输出。两路信号输出经过模拟信号输出接口模块8输出给下游设备。

无论在用户编程模式和PC界面输入模式下，本发明均可实现两路模拟信号灵活增益调整。PC界面输入模式给用户一个良好的界面，方便用户实现增益输入，具有较强的可视性与易操作性。在用户编程模式下，用户可以根据自身设备特点，编写增益控制模块，结合本发明，本发明可作为自动增益控制环路的关键部件，与用户设备进行级联，实现自动增益控制功能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种数字电压增益控制装置，其特征在于，包括：

PC用户控制模块，用于通过PC预设所需增益水平，将所述增益水平转换成对应的数字控制信号并按照串口协议发送；

串口协议接口模块，从所述PC用户控制模块接收所述数字控制信号，其包括串口电缆、串口接插件以及串口物理层处理单元，所述串口物理层处理单元用于对数字控制信号进行对应的物理层处理，将输入的RS232总线接口电平转换至微处理器模块接受的电平，然后通过RS232总线送往微处理器模块；

微处理器模块，连接所述串口协议接口模块，微处理器模块接收PC发出的用户控制命令，并按照定义的协议格式解析用户命令，分解得到对应的数字控制信号，微处理器模块按照数模转换模块的数字总线标准进行重新组帧并发送数字控制信号；

数模转换模块，从所述微处理模块接收所述数字控制信号，并将所述数字控制信号转变为模拟控制电压；

模拟信号输入接口模块，用于为待控模拟信号提供通道；

压控增益模块，连接所述数模转换模块和所述模拟信号输入接口模块，根据所述模拟控制电压实现所述待控模拟信号的增益变化；

模拟信号输出接口模块，连接所述压控增益模块，用于为所述压控增益模块的输出信号提供通道。

2.如权利要求1所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，所述数模转换模块使用TLV5637芯片。

3.如权利要求1所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，所述压控增益模块使用AD8331芯片。

4.如权利要求1所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，还包括电源输入模块，用于实现电力的输入和供给。

5.如权利要求4所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，所述电源输入模块包括交流适配器、电源接插件以及开关。

6.如权利要求1所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，还包括用户编程接口模块，其连接所述数模转换模块，用于对所述数模转换模块编程。

7.如权利要求1所述的数字电压增益控制装置，其特征在于，压控增益模块实现两路待控模拟信号的增益控制。

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