CN103647525B - 一种提高yig滤波器扫描准确度的驱动电路及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路及驱动方法，其中方法为采用分段拟合的方式模拟整个扫描频段的非线性调谐曲线，将整个扫描频段划分为多个小段，在每一个小段内认为调谐曲线是线性的，其调谐曲线的斜率和截距可以根据扫描的宽度和扫描的速度进行实时动态的补偿修正，来提高YIG滤波器的扫描准确度。采用上述方案，可以得到YIG调谐滤波器在不同的频率、不同的扫宽、不同的扫速下的调谐曲线，扫描过程是在计数脉冲的同步下进行相应DAC值的调用和实时动态的补偿修正，不需要再进行多种软件算法来消除YIG滤波器的磁滞效应，因此有效地节省了时间，并提高了扫描的准确度。

Description

一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路及驱动方法

技术领域

本发明属于YIG滤波器驱动技术领域，尤其涉及的是一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路及驱动方法。

背景技术

YIG调谐滤波器是一种宽带调谐带通滤波器，具有调谐频率范围宽、带外抑制高、体积小等特点，广泛应用于微波毫米波频谱仪或接收机中对信号进行预选来消除镜像和多重响应。YIG调谐滤波器是利用YIG小球的自谐频率与其所在空间的磁场强度具有单调映射关系来实现调谐滤波的，电流驱动YIG调谐滤波器线圈产生磁场，从而控制YIG小球的谐振频率同步变化。YIG调谐滤波是磁性器件，存在一定的调谐非线性，即使整个频段内驱动电压线性良好，其实际的调谐曲线也是非线性的，同时YIG调谐滤波器还有一定的磁滞特性，即调谐频率从某一初始频点通过增大驱动电流调谐到较高频点，然后再减小驱动电流至初始值时，调谐频率不能回到初始点，而是调谐到高于初始点的某一频点。同样，由于磁滞特性，相同大小的静态驱动值和动态驱动值，其调谐频率却有很大的偏差，即在点频状态下和扫频状态下，同样的驱动值对应的YIG调谐滤波器的中心频率值是不一样的。正是由于YIG调谐滤波器的这些特性，导致不同的频率、不同的扫宽、不同的扫描速度下，调谐曲线都是不同的。

传统的YIG调谐滤波器采用模拟电路搭建，电路形式复杂，调谐灵活性差，而且器件性能参数受温度等外界环境影响大，容易造成驱动的不稳定，现在的驱动电路通常由数字方式实现，包括计数器、累加器、存储器和驱动变换电路等，如图1所示，其中驱动变换电路实现驱动电压-驱动电流的转换，由D/A、运算放大器、驱动管和取样电阻等组成。

YIG调谐滤波器的磁滞会造成相应的频谱分析仪或接收机工作在大范围连续扫描状态时,后续扫描过程YIG滤波器调谐不准确，影响整机幅度测量准确度，针对这个现象，驱动电路中增加了消磁电路，产生负极性的消磁脉冲，在频谱分析仪每次回扫期间加入到YIG滤波器的驱动中，而当扫描开始后则停止加入。根据频谱分析仪或接收机扫描宽度和扫描时间的不同,通过软件设置恰当的消磁时间，可有效克服YTF的磁滞影响。

针对YIG调谐滤波器的温漂特性，将温度传感器置于YTF腔体内,通过检测传感器的电压值实现对YTF温度的实时检测，并进行补偿。

同时，在应用YIG调谐滤波器的整机中还应用了多种软件算法来消除YIG滤波器的磁滞效应，比如采用校准的方式，对YIG调谐滤波器的中心频率进行自动调整；扫描时从远离频率低端足够低处开始，这样当扫描到频率低端时，起始过渡历程已经结束，在频率上端超调一定的频率，以便频率到达所需的最终数值；前一次扫描结束到下一次扫描开始的时间足够长，以便YIG滤波器有足够的时间回到起始值。

采用现有的驱动电路和软件算法，不能准确的修正YIG调谐滤波器在动态扫描时所带来的误差，同时现有的驱动电路和软件算法会降低扫描的速度。

发明内容

本发明提出了一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路及驱动方法，解决的现有技术中，YIG调谐滤波器的扫描准确度不高且速度慢的问题。

本发明的技术方案如下：

一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路，其中，包括计数器、存储器、累加器、驱动变换电路；

所述计数器，用于对计数脉冲进行计数，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；

所述存储器，用于存储静态条件下校准过的YIG滤波器驱动DAC值；

所述累加器，用于对起始DAC值和步进DAC值进行循环累加；

所述驱动变换电路，由DAC、运算放大器、驱动管和取样电阻组成，其中，DAC用于实现累加器输出的DAC数字值到模拟电压值的转化;运算放大器用于实现模拟值驱动电压的比例调整；驱动管和取样电阻用于实现驱动电压到驱动电流的转换；所述DAC由3片DAC芯片组合实现，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距。

所述的驱动电路，其中，通过控制DAC的数值输出连续变化的驱动模拟电压值，所述模拟电压值经过第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3的补偿后电压值转化为电流值，以驱动YIG调谐滤波器线圈产生磁场，从而控制YIG小球的谐振频率同步变化，得到中心频率不同的一组带通滤波器，实现连续扫描。

所述的驱动电路的驱动方法，其中，包括以下步骤：

步骤a，根据当前的扫描频段要求，将每个小段内对应的第一片DAC芯片DAC1的起始DAC值、步进DAC值和步进个数COUNT，存入存储单元；

步骤b，扫描开始后，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；

步骤c，累加器对当前小段的起始DAC值和步进DAC值进行循环累加，每来一个计数脉冲，累加一次；

步骤d，当计数器计数到当前小段的步进个数时，产生中断信号，累加器从存储器中调用下一小段的起始DAC值和步进DAC值，进行重新累加；

步骤e，累加器输出后的第一片DAC芯片DAC1数据与斜率补偿值第二片DAC芯片DAC2和截距补偿值第三片DAC芯片DAC3组合后通过驱动变换电路驱动YIG调谐滤波器，实现连续的扫描。

所述步骤e中，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距；第一片DAC1为16位；第二片DAC2的输出作为第一片DAC1的参考电压V_REF，则有以下公式一：

$V_{\mathrm{DAC}1}=V_{\mathrm{REF}}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}=V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536};$

第三片DAC3经过比例变换后通过电阻接到运放的负向输入端，第一片DAC1的输出接到正向输入端，运放的输出端电压为V_OUT，则有以下公式二：

V_OUT＝2V_DAC1-KV_DAC3；

其中，K为比例变换因子；

根据公式一及和公式二，获得以下公式三：

$V_{\mathrm{OUT}}=2V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3}=\frac{{2V}_{\mathrm{DAC}2}}{65536}\mathrm{DAC}1-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3};$

其中，驱动电压的斜率为截距为KV_DAC3。

采用上述方案，可以得到YIG调谐滤波器在不同的频率、不同的扫宽、不同的扫速下的调谐曲线，扫描过程是在计数脉冲的同步下进行相应DAC值的调用和实时动态的补偿修正，不需要再进行多种软件算法来消除YIG滤波器的磁滞效应，因此有效地节省了时间，并提高了扫描的准确度。

附图说明

图1为现有技术中YIG调谐滤波器驱动电路示意图。

图2为本发明YIG调谐滤波器驱动电路示意图。

图3为本发明采用3片DAC实现斜率和截距可变的YIG调谐滤波器驱动电压示意图。

图4为本发明YIG调谐滤波器驱动电压与其对应频率的关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明所实现的YIG调谐滤波器驱动电路示意图如图2所示，主要由计数器、存储器、累加器、驱动变换电路组成，计数器用于对计数脉冲进行计数，存储器用于存储静态条件下校准过的YIG滤波器驱动DAC值，累加器用于对起始DAC值和步进DAC值进行循环累加。驱动变换电路由DAC、运算放大器、驱动管和取样电阻等组成，其中DAC用于实现累加器输出的DAC数字值到模拟值的转化，运算放大器用于实现模拟值驱动电压的比例调整，驱动管和取样电阻用于实现驱动电压到驱动电流的转换，驱动变换电路具有消磁功能、温度补偿功能、斜率补偿功能和截距补偿功能。该驱动电路通过控制DAC的数值输出连续变化的驱动电压值，电压值经过相应的补偿后转化为电流值，驱动YIG调谐滤波器线圈产生磁场，从而控制YIG小球的谐振频率同步变化，得到中心频率不同的一组带通滤波器，实现连续扫描。

该驱动电路采用分段拟合的方式模拟整个扫描频段的非线性调谐曲线，将整个扫描频段划分为多个小段，在每一个小段内认为调谐曲线是线性的，其调谐曲线的斜率和截距可以根据扫描的宽度和扫描的速度进行实时动态的补偿修正，来提高YIG滤波器的扫描准确度。

其调谐曲线斜率和截距的补偿是由驱动变换电路中的3片DAC芯片组合实现的，如图3所示，DAC1用来对调谐中心频率进行预置，DAC2和DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距。第一片DAC1为16位；第二片DAC2的输出作为第一片DAC1的参考电压V_REF，则有公式一：

$V_{\mathrm{DAC}1}=V_{\mathrm{REF}}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}=V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}$ （公式一）

第三片DAC3经过比例变换后通过电阻接到运放的负向输入端，第一片DAC1的输出接到正向输入端，运放的输出端电压为VOUT，则有公式二：

V_OUT＝2V_DAC1-KV_DAC3（公式二）

根据公式一及和公式二，获得公式三：

$V_{\mathrm{OUT}}=2V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3}=\frac{{2V}_{\mathrm{DAC}2}}{65536}\mathrm{DAC}1-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3}$ （公式三）

驱动电压的斜率为截距为KV_DAC3

YIG调谐滤波器驱动电压Vout与其对应频率的关系如图4所示：最下面的曲线1为静态时驱动电压与频率的关系，曲线2为动态扫描时驱动电压与频率的关系。从f1扫描到f4，校准静态值应该是曲线1，但是，扫描过程中由于磁滞的影响，实际值为曲线2，为得到实际的调谐曲线，首先修改斜率补偿V_DAC2，得到曲线3，然后修改偏置补偿V_DAC3，将曲线3平移到曲线2。

实际应用过程中，主要包括以下步骤：

步骤a，根据当前的扫描频段要求，将每个小段内对应的DAC1的起始DAC值、步进DAC值和步进个数COUNT，存入存储单元；

步骤b，扫描开始后，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次，（NUMBER=NUMBER+1）；

步骤c，累加器对当前小段的起始DAC值和步进DAC值进行循环累加，每来一个计数脉冲，累加一次（DACdata=DACdata+DACstep）；

步骤d，当计数器计数到当前小段的步进个数（NUMBER=COUNT）时，产生中断信号，累加器从存储器中调用下一小段的起始DAC值和步进DAC值，进行重新累加；

步骤e，累加器输出后的DAC1数据与斜率补偿值DAC2和截距补偿值DAC3求和通过驱动变换电路驱动YIG调谐滤波器，实现连续的扫描。

由于扫描过程是在计数脉冲的同步下进行相应DAC值的调用和实时动态的补偿修正，不需要再进行多种软件算法来消除YIG滤波器的磁滞效应，因此有效地节省了时间，并提高了扫描的准确度。

实施例2

在上述实施例的基础上，如图2-图4所示，对本发明进一步说明一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路，其中，包括计数器、存储器、累加器、驱动变换电路；

所述计数器，用于对计数脉冲进行计数，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；

所述存储器，用于存储静态条件下校准过的YIG滤波器驱动DAC值；

所述累加器，用于对起始DAC值和步进DAC值进行循环累加；

所述驱动变换电路，由DAC、运算放大器、驱动管和取样电阻组成，其中，DAC用于实现累加器输出的DAC数字值到模拟电压值的转化;运算放大器用于实现模拟值驱动电压的比例调整；驱动管和取样电阻用于实现驱动电压到驱动电流的转换；所述DAC由3片DAC芯片组合实现，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距。

所述的驱动电路，其中，通过控制DAC的数值输出连续变化的驱动模拟电压值，所述模拟电压值经过第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3的补偿后电压值转化为电流值，以驱动YIG调谐滤波器线圈产生磁场，从而控制YIG小球的谐振频率同步变化，得到中心频率不同的一组带通滤波器，实现连续扫描。

所述的驱动电路的驱动方法，其中，包括以下步骤：

步骤a，根据当前的扫描频段要求，将每个小段内对应的第一片DAC芯片DAC1的起始DAC值、步进DAC值和步进个数COUNT，存入存储单元；

步骤b，扫描开始后，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；

步骤c，累加器对当前小段的起始DAC值和步进DAC值进行循环累加，每来一个计数脉冲，累加一次；

步骤d，当计数器计数到当前小段的步进个数时，产生中断信号，累加器从存储器中调用下一小段的起始DAC值和步进DAC值，进行重新累加；

步骤e，累加器输出后的第一片DAC芯片DAC1数据与斜率补偿值第二片DAC芯片DAC2和截距补偿值第三片DAC芯片DAC3组合后通过驱动变换电路驱动YIG调谐滤波器，实现连续的扫描。

所述步骤e中，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距；第一片DAC1为16位；第二片DAC2的输出作为第一片DAC1的参考电压V_REF，则有以下公式一：

$V_{\mathrm{DAC}1}=V_{\mathrm{REF}}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}=V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536};$

第三片DAC3经过比例变换后通过电阻接到运放的负向输入端，第一片DAC1的输出接到正向输入端，运放的输出端电压为V_OUT，则有以下公式二：

V_OUT＝2V_DAC1-KV_DAC3；

其中，K为比例变换因子；

根据公式一及和公式二，获得以下公式三：

$V_{\mathrm{OUT}}=2V_{\mathrm{DAC}2}\frac{\mathrm{DAC}1}{65536}-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3}=\frac{{2V}_{\mathrm{DAC}2}}{65536}\mathrm{DAC}1-{\mathrm{KV}}_{\mathrm{DAC}3};$

其中，驱动电压的斜率为截距为KV_DAC3。

采用上述方案，可以得到YIG调谐滤波器在不同的频率、不同的扫宽、不同的扫速下的调谐曲线，扫描过程是在计数脉冲的同步下进行相应DAC值的调用和实时动态的补偿修正，不需要再进行多种软件算法来消除YIG滤波器的磁滞效应，因此有效地节省了时间，并提高了扫描的准确度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种提高YIG滤波器扫描准确度的驱动电路，其特征在于，包括计数器、存储器、累加器、驱动变换电路；所述计数器，用于对计数脉冲进行计数，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；所述存储器，用于存储静态条件下校准过的YIG滤波器驱动DAC值；所述累加器，用于对起始DAC值和步进DAC值进行循环累加；所述驱动变换电路，由DAC、运算放大器、驱动管和取样电阻组成，其中，DAC用于实现累加器输出的DAC数字值到模拟电压值的转化；运算放大器用于实现模拟值驱动电压的比例调整；驱动管和取样电阻用于实现驱动电压到驱动电流的转换；所述DAC由3片DAC芯片组合实现，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距，通过控制DAC的数值输出连续变化的驱动模拟电压值，所述模拟电压值经过第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3的补偿后电压值转化为电流值，以驱动YIG调谐滤波器线圈产生磁场，从而控制YIG小球的谐振频率同步变化，得到中心频率不同的一组带通滤波器，实现连续扫描；其中该驱动电路的驱动方法，包括以下步骤：

步骤a，根据当前的扫描频段要求，将每个小段内对应的第一片DAC芯片DAC1的起始DAC值、步进DAC值和步进个数COUNT，存入存储单元；

步骤b，扫描开始后，每来一个计数脉冲，计数器的计数值增加一次；

步骤c，累加器对当前小段的起始DAC值和步进DAC值进行循环累加，每来一个计数脉冲，累加一次；

步骤d，当计数器计数到当前小段的步进个数时，产生中断信号，累加器从存储器中调用下一小段的起始DAC值和步进DAC值，进行重新累加；

步骤e，累加器输出后的第一片DAC芯片DAC1数据与斜率补偿值第二片DAC芯片DAC2和截距补偿值第三片DAC芯片DAC3组合后通过驱动变换电路驱动YIG调谐滤波器，实现连续的扫描，所述步骤e中，第一片DAC芯片为DAC1用来对调谐中心频率进行预置，第二片DAC芯片DAC2和第三片DAC芯片DAC3用来改变调谐曲线的斜率和截距；第一片DAC1为16位；第二片DAC2的输出作为第一片DAC1的参考电压VREF，则有以下公式一：

$V_{DAC1}=V_{REF}\frac{DAC1}{65536}=V_{DAC2}\frac{DAC1}{65536};$

第三片DAC3经过比例变换后通过电阻接到运放的负向输入端，第一片DAC1的输出接到正向输入端，运放的输出端电压为VOUT，则有以下公式二：

V_OUT＝2V_DAC1-KV_DAC3；

其中，K为比例变换因子；

根据公式一及和公式二，获得以下公式三：

$V_{OUT}=2V_{DAC2}\frac{DAC1}{65536}-{\mathrm{KV}}_{DAC3}=\frac{2V_{DAC2}}{65536}DAC1-{\mathrm{KV}}_{DAC3};$ 其中，驱动电压的斜率为截距为KV_DAC3。