CN104935282B

CN104935282B - 一种数模结合的行放增益温度补偿电路

Info

Publication number: CN104935282B
Application number: CN201510278943.5A
Authority: CN
Inventors: 贺彬; 熊洁; 左鹏; 周斌; 康瑞媛; 王勇
Original assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: CN104935282A

Abstract

本发明提供了一种数模结合的行放增益温度补偿电路，该电路包括测温电路、模拟温补电路和数字温补电路，可以实现数模结合的行放增益温度补偿，其中，模拟温补电路通过对可调电阻的调节可以实现温补粗补，数字温补电路通过设定的LUT查找表得到对应测温电路输出电压的数字温补电压，实现温补细调，从而克服了单独使用模拟温补或数字温补调试量大、温度范围内容易自激、温度补偿裕量不足、补偿匹配不佳等缺点，其电路实现方式简单，可以满足星载产品小型化、低功耗的要求，补偿精度高、裕度大。

Description

一种数模结合的行放增益温度补偿电路

技术领域

本发明涉及温补电路设计技术领域，特别涉及一种数模结合的行放增益温度补偿电路，可应用于星载线性化行波管放大器产品中。

背景技术

线性化行波管放大器在通信卫星、导航卫星中应用十分广泛，国产线性化行放产品的功能、性能对标引进产品，在各个卫星项目中替代引进，用量急剧增大，通常一颗卫星需采用几十台国产行放产品。行放产品应用在不同的温度条件下需保证性能的一致性，因此行放产品的增益温度补偿方法尤为重要。

行放产品具备较宽的工作温度范围，通常多功能组件的温度范围达到-15℃～+65℃，行波管达到-15℃～+85℃。星载线性化行波管放大器为了实现高增益，大动态增益控制，射频链路中应用低噪放、电调衰减器等多种有源芯片，由于芯片使用数目较多，工作温度范围内其增益性能会产生20dB左右增益漂移；同时行波管增益随温度也会产生一定变化；另外，通信卫星系统对行放增益特性的要求非常高，在-15℃～+65℃如此宽的工作温度范围内，其增益变化≤2.5dB才能满足系统应用要求。

行放产品的温补技术难度较大，实现性能优越、可靠性高的增益温度补偿方法是行放产品研制过程中的重要环节。

早期的国产行放产品采用模拟温补，这种补偿方式有以下缺点：

(1)、匹配困难、调试量巨大、稳定性差；

(2)、难以实现线性化器前端与后端同时实现高精度温度补偿，使得温度下行放的主要性能指标--线性度性能较差；

(3)、ALC模式下，有源芯片增益温度下的变化与ALC模式下30dB的控制范围叠加，极大限制了ALC模式前级环路控制裕度，高低温下可能达不到30dB的控制范围；

(4)、难以保证20dB的大动态、高精度温度补偿。

现有的国产行放增益温度补偿采用全数字两级温补，解决了模拟温补匹配困难、稳定性差，温度下线性度指标差等缺点，但这种补偿方式有以下缺点：

(1)、极端温度条件下关断信号，ALC环路衰减器将释放全部增益能力，使得环路模块增益较高，容易出现自激振荡现象；

(2)、难以保证20dB的大动态、高精度温度补偿；

(3)、ALC模式下，有源芯片增益温度下的变化与ALC模式下30dB的控制范围叠加，极大限制了ALC模式前级环路控制裕度，高低温下可能达不到30dB的控制范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数模结合的行放增益温度补偿电路，该电路包括模拟温补电路和数字温补电路，可以实现数模结合的温度补偿，可以克服单独使用模拟温补或数字温补调试量大、温度补偿裕量不足、补偿匹配不佳、容易自激等缺点，其电路实现方式简单，可以满足星载产品小型化、低功耗的要求，补偿精度高、裕度大。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种数模结合的行放增益温补电路，包括测温电路、模拟温补电路和数字温补电路，其中：

测温电路的输入端Ain接收外部输入的电压V_DC，进行测温操作得到输出电压VT，并通过输出端Aout输出到模拟温补电路和数字温补电路；

模拟温补电路：包括电阻R1、电阻R2、可调电阻R3、运算放大器D，其中：电阻R1的一端接运算放大器D的同相输入端B+，且所述电阻R1的另一端接地；电阻R2的一端接运算放大器D的反相输入端B-，且所述电阻R2的另一端连接测温电路的输出端Aout；所述运算放大器D的输出端Bout输出模拟温补电压VTa；

数字温补电路：包括AD模块、FGPA模块和DA模块，其中：AD模块的输入端接测温电路的输出端Aout，对接收到电压VT进行模数转换得到数字电压值，并输出到FPGA模块；FPGA模块中保存有设定的查找表LUT，在所述查找表LUT中根据接收到数字电压值查找到对应的控制电压数值，并输出到DA模块；DA模块对接收到控制电压数值进行数模转换输出数字温补电压VTd。

上述的数模结合的行放增益温补电路，用于对空间线性化行波管放大器中的射频链路增益进行控制，所述射频链路包括依次连接的输入端隔离器ISO1、可调衰减器ATT、第一可变增益放大器VGA1、检波器DET、线性化器LIN、第二可变增益放大器VGA2和输出端隔离器ISO2，其中：

第一可变增益放大器VGA1接收行放增益温补电路输出的模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd，在所述两种温补电压的联合控制下进行增益调节；

第二可变增益放大器VGA2接收行放增益温补电路输出数字温补电压VTd，在所述数字温补电压的控制下进行增益调节。

上述的数模结合的行放增益温补电路，在鉴定温度范围-15℃～+65℃内，测温电路输出端的电压VT的变化范围为0～V_AD，V_AD为数字温补电路中AD模块的供电电压值；其中，电压VT与鉴定温度成正比，即在鉴定温度降低过程中，电压VT逐渐降低，在鉴定温度升高过程中，电压VT逐渐增大。

上述的数模结合的行放增益温补电路，电阻R1和电阻R2的取值范围为1KΩ～10KΩ。

上述的数模结合的行放增益温补电路，在模拟温补电路中，模拟温补电压VTa＝-G×VT，其中，G为模拟温补电路的反向放大系数且G＝R3/R2，即通过调整可变电阻R3的阻值调节模拟温补电路的反向放大系数。

上述的数模结合的行放增益温补电路，在模拟温补电路中，调节R3的阻值，使得G＝0.5～2。

上述的数模结合的行放增益温补电路，测温电路为桥式测温电路，具体包括热敏电阻RT1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器D1、电容C1，其中：

电阻R4和热敏电阻RT1串联，电阻R5与电阻R8串联，其中，热敏电阻RT1的另一端与电阻R8的另一端相连并接地，电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相连作为测温电路的输入端Ain；电阻R6的一端连接在电阻R4和热敏电阻RT1之间，另一端连接电阻R9并接入运算放大器D1的同相输入端C+，电阻R9的另一端接地；电阻R7的一端连接在电阻R5与电阻R8之间，另一端连接电阻R10并接入运算放大器D1的反相输入端C-，电阻R10的另一端接运算放大器D1的输出端Aout；电阻R11的一端也连接在运算放大器D1的输出端Cout上，电阻R11的另一端作为测温电路的输出端Aout，并且连接电容C1，电容C1的另一端接地。

上述的数模结合的行放增益温补电路，测温电路与模拟温补电路共用一片运算放大器器件，该器件包含两路独立的运放通路D及D1，即测温电路中的运算放大器D1与模拟温补电路中的运算放大器D为同一片运算放大器；其中，测温电路利用运算放大器器件的一组运放通道，该运放通道的输入输出端口包括同相输入端C+、反向输入端C-和输出端Cout；模拟温补电路采用所述运算放大器器件的另一组运放通道，该运放通道的输入输出端口包括同相输入端B+、反向输入端B-和输出端Bout。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明的温度补偿电路包括数字温补电路和模拟温补电路，实现了数模结合的温度补偿方案，并且在模拟温补电路中可以通过调节可调电阻R3的阻值，实现模拟温补电路反向放大系数的调节，电路结构简单，易于实现；

(2)、本发明的模拟温补电路中，利用模拟温补电压VTa对行放射频链路的可变增益放大器VGA1的增益进行控制，可以在低温条件下降低VTa从而有效降低VGA1的增益，避免了ALC模式下低温关断操作时可变增益放大器VGA1增益过高引起自激振荡问题，有效规避了风险；

(3)、本发明中采用模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd联合控制可变增益放大器VGA1的增益，减小了数字温补的补偿范围，在同样的测温范围内，查找表中设置的控制电压数值的差值降低，从而降低了数字温补增益随温度变化的斜率，从而提高了系统增益的稳定性；

(4)、本发明在原有数字温补电路的基础上增加了模拟温补电路，可以解决ALC模式下射频链路高低温增益变化与输入功率30d变化范围叠加造成的ALC控制裕度不足的问题。

附图说明

图1为本发明的数模结合温度补偿电路的电路示意图；

图2为本发明的数模结合温度补偿电路中的测温电路示意图；

图3为应用本发明的数模结合温度补偿电路进行增益调节的空间线性化行波管放大器中的射频链路组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示的温补电路示意图，本发明的数模结合的行放增益温补电路包括测温电路、模拟温补电路和数字温补电路，其中：

测温电路的输入端Ain接收外部输入的电压V_DC，进行测温操作得到输出电压VT，并通过输出端Aout输出到模拟温补电路和数字温补电路。在本发明中，该测温电路可以采用桥式测温电路，如图2所示，该电路包括热敏电阻RT1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器D1、电容C1。该测温电路的具体连接关系如下：电阻R4和热敏电阻RT1串联，电阻R5与电阻R8串联，其中，热敏电阻RT1的另一端与电阻R8的另一端相连并接地，电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相连作为测温电路的输入端Ain；电阻R6的一端连接在电阻R4和热敏电阻RT1之间，另一端连接电阻R9并接入运算放大器D1的同相输入端C+，电阻R9的另一端接地；电阻R7的一端连接在电阻R5与电阻R8之间，另一端连接电阻R10并接入运算放大器D1的反相输入端C-，电阻R10的另一端接运算放大器D1的输出端Aout；电阻R11的一端也连接在运算放大器D1的输出端Cout上，电阻R11的另一端作为测温电路的输出端Aout，并且连接电容C1，电容C1的另一端接地。

上述的测温电路可以根据温度敏感器件温敏电阻的温变特性，得到随温度正比例变化的控制电压VT。在鉴定温度范围-15℃～+65℃内，该测温电路输出端的电压VT的变化范围为0～V_AD，V_AD为数字温补电路中AD模块的供电电压值。其中，电压VT与鉴定温度成正比，即在鉴定温度降低过程中，电压VT逐渐降低，在鉴定温度升高过程中，电压VT逐渐增大。在本实施例中，如果测温电路后端AD芯片的供电电压V_AD为5V，则测温电路输出端的电压VT的变化范围为0～5v。

模拟温补电路包括电阻R1、电阻R2、可调电阻R3、运算放大器D，其中：电阻R1的一端接运算放大器D的同相输入端B+，且所述电阻R1的另一端接地；电阻R2的一端接运算放大器D的反相输入端B-，且所述电阻R2的另一端连接测温电路的输出端Aout；所述运算放大器D的输出端Bout输出模拟温补电压VTa。在本发明中，该模拟温补电路和测温电路共用一片运算放大器器件，该器件包含两路独立的运放通路D及D1，即测温电路中的运算放大器D1与模拟温补电路中的运算放大器D为同一片运算放大器；其中，测温电路利用运算放大器器件的一组运放通道，该运放通道的输入输出端口包括同相输入端C+、反向输入端C-和输出端Cout；模拟温补电路采用所述运算放大器的另一组运放通道，该运放通道的输入输出端口包括同相输入端B+、反向输入端B-和输出端Bout。

在上述的模拟温补电路中，模拟温补电压VTa＝-G×VT，其中，G为模拟温补电路的反向放大系数且G＝R3/R2，即通过调整可变电阻R3的阻值调节模拟温补电路的反向放大系数，一般设置G＝0.5～2。

数字温补电路包括AD模块、FGPA模块和DA模块，其中：AD模块的输入端接测温电路的输出端Aout，对接收到电压VT进行模数转换得到数字电压值，并输出到FPGA模块；FPGA模块中保存有设定的查找表LUT，在所述查找表LUT中根据接收到数字电压值查找到对应的控制电压数值，并输出到DA模块；DA模块对接收到控制电压数值进行数模转换输出数字温补电压VTd。在查找表LUT内，应该在模拟温补电路的增益调节基础上，设定数字电压值与对应的控制电压数值，即实现在模拟温补的粗补基础上，实现数字温补的细补。相对于现有技术中单独的数字温补方案，在本发明的数字温补电路中，相同温度差对应数字温补电压差值更小。

本发明的数模结合的行放增益温度补偿电路可以用于对空间线性化行波管放大器中的射频链路增益进行控制。如图3所示的该射频链路的组成框图，该射频链路包括依次连接的输入端隔离器ISO1、可调衰减器ATT、第一可变增益放大器VGA1、检波器DET、线性化器LIN、第二可变增益放大器VGA2和输出端隔离器ISO2。该射频链路的增益温度特性为：在温度升高时，该射频链路的增益降低，而在温度降低时，该射频链路的增益升高。为了提高该射频链路的增益稳定性，可以采用本发明的数模结合的行放增益温度补偿电路进行增益调节。其中：第一可变增益放大器VGA1接收行放增益温补电路输出的模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd，在所述两种温补电压的联合控制下进行增益调节，即利用模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd分别对第一可变增益放大器VGA1中不同电调衰减器进行控制，实现联合增益控制；第二可变增益放大器VGA2接收行放增益温补电路输出数字温补电压VTd，在所述数字温补电压的控制下进行增益调节。

本发明的数模结合的行放增益温度补偿电路能够有效的控制线性化行波管放大器的增益在高低温条件下保持稳定状态，能够满足卫星通信系统对行放整机增益温度稳定度指标的要求。本发明采用的数模结合的温补方法，采用模拟温补电路实现温补粗补，然后再通过数字温补实现温补细调。当温度变化时，整机增益变化与温补电路增益变化量相抵消，总的增益基本不变或发生微小变化。其中，上述的行放产品采用模拟温补电路提供的模拟温补电压实现增益调节后，整机的增益在鉴定温度变化范围内的变化量ΔG≤10dB，然后再通过数字温补电路提供的数字温补电压进行增益调节后，可以使得行放产品的增益变量ΔG≤2.5dB。其中，由于模拟温补电路已使行放产品的温度增益变化ΔG≤10dB，因此在FPGA的LUT查找表中可以降低控制电压间的差值，从而降低了数字温补增益随温度变化的斜率，提高增益稳定性。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于包括测温电路、模拟温补电路和数字温补电路，其中：

模拟温补电路：包括电阻R1、电阻R2、可调电阻R3、运算放大器D，其中：电阻R1的一端接运算放大器D的同相输入端B+，且所述电阻R1的另一端接地；电阻R2的一端接运算放大器D的反相输入端B-，且所述电阻R2的另一端连接测温电路的输出端Aout；所述运算放大器D的输出端Bout输出模拟温补电压VTa；电阻R3的一端接运算放大器D的反相输入端B-，电阻R3的另一端接运算放大器D的输出端Bout；

数字温补电路：包括AD模块、FGPA模块和DA模块，其中：AD模块的输入端接测温电路的输出端Aout，对接收到输出电压VT进行模数转换得到数字电压值，并输出到FPGA模块；FPGA模块中保存有设定的查找表LUT，在所述查找表LUT中根据接收到数字电压值查找到对应的控制电压数值，并输出到DA模块；DA模块对接收到控制电压数值进行数模转换输出数字温补电压VTd；

所述数模结合的行放增益温补电路用于对空间线性化行波管放大器中的射频链路增益进行控制，所述射频链路包括依次连接的输入端隔离器ISO1、可调衰减器ATT、第一可变增益放大器VGA1、检波器DET、线性化器LIN、第二可变增益放大器VGA2和输出端隔离器ISO2，其中：第一可变增益放大器VGA1接收数模结合的行放增益温补电路输出的模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd，在模拟温补电压VTa和数字温补电压VTd的联合控制下进行增益调节；第二可变增益放大器VGA2接收数模结合的行放增益温补电路输出数字温补电压VTd，在所述数字温补电压VTd的控制下进行增益调节。

2.根据权利要求1所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：在鉴定温度范围-15℃～+65℃内，测温电路输出端Aout的输出电压VT的变化范围为0～V_AD，V_AD为数字温补电路中AD模块的供电电压值；其中，输出电压VT与鉴定温度成正比，即在鉴定温度降低过程中，输出电压VT逐渐降低，在鉴定温度升高过程中，输出电压VT逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：电阻R1和电阻R2的取值范围为1KΩ～10KΩ。

4.根据权利要求1所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：在模拟温补电路中，模拟温补电压VTa＝-G×VT，其中，G为模拟温补电路的反向放大系数且G＝R3/R2，通过调整可变电阻R3的阻值调节模拟温补电路的反向放大系数。

5.根据权利要求4所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：在模拟温补电路中，调节R3的阻值，使得G＝0.5～2。

6.根据权利要求1所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：测温电路为桥式测温电路，具体包括热敏电阻RT1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器D1、电容C1，其中：

电阻R4的一端和热敏电阻RT1的一端串联，电阻R5的一端与电阻R8的一端串联，其中，热敏电阻RT1的另一端与电阻R8的另一端相连并接地，电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相连作为测温电路的输入端Ain；电阻R6的一端连接在电阻R4和热敏电阻RT1之间，电阻R6的另一端连接电阻R9的一端并接入运算放大器D1的同相输入端C+，电阻R9的另一端接地；电阻R7的一端连接在电阻R5与电阻R8之间，电阻R7的另一端连接电阻R10的一端并接入运算放大器D1的反相输入端C-，电阻R10的另一端接运算放大器D1的输出端Cout；电阻R11的一端也连接在运算放大器D1的输出端Cout上，电阻R11的另一端作为测温电路的输出端Aout，并且连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的一种数模结合的行放增益温补电路，其特征在于：测温电路与模拟温补电路共用一片运算放大器器件，运算放大器器件包含两组独立的运放通道，即测温电路中的运算放大器D1与模拟温补电路中的运算放大器D为同一片运算放大器；其中，测温电路利用运算放大器器件的一组运放通道，所述一组运放通道的输入输出端口包括同相输入端C+、反向输入端C-和输出端Cout；模拟温补电路采用所述运算放大器器件的另一组运放通道，所述另一组运放通道的输入输出端口包括同相输入端B+、反向输入端B-和输出端Bout。