CN106788498B - 一种基于dds多载波技术的aotf谐波抑制驱动器及谐波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，包括FPGA模块、DDS模块和线性功放模块，DDS模块内部有多个DDS核，其中一个为主DDS核并具有主通道，其余为辅助DDS核并具有辅助通道，主通道和辅助通道分别输出包含频率、相位和幅度信息的一个频点数据，使每个辅助通道经放大后输出频点的频率、相位和幅度与基频信号放大后产生的某次高次谐波对应，对应是指频率相同、相位相差180°且幅度相当；由辅助通道输出频点数据降低或抵消经线性功放模块放大后的射频信号中的高次谐波。本发明可以消除或减小线性功放基频信号的高次谐波，避免了功率回退法效率低的不足，电路及结构简单，易于实现。

Description

一种基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器及谐波抑制 方法

技术领域

本发明涉及一种声光可调滤光器宽带驱动器用的谐波抑制技术，也可用于其他宽带射频驱动器的谐波抑制，属于声光可调滤光器驱动器谐波抑制技术领域。

背景技术

声光可调滤光器(以下简称AOTF)主要由上位机软件、通讯模块、控制电路、DDS模块、线性功放模块等组成，能产生受上位机高速控制的20-200MHz、功率数瓦的宽带射频功率信号。

AOTF是基于声光互作用效应的分光器件，通过改变驱动器的射频频率来选择光波波长的分光元件。AOTF需要对应的宽带声光驱动器才能工作，而产生带宽、大功率射频信号需要线性功放来实现，使用线性功放不可避免的会产生多次谐波，尤其是低频段的二、三、四次谐波。当驱动器输出的射频信号谐波足够大时会导致AOTF晶体过热，影响晶体性能及长期可靠性，更严重的是会有多余的光波波长出现，导致AOTF不能正常工作，所以必须进行宽带谐波抑制。

进行功率放大器的谐波抑制，需要采用功率放大器的线性化技术，目前功率放大器的线性化技术主要有三种方式：

一种方式是功率回退法，功率回退法是通过限制功率管的实际输出功率来提高线性度，实现起来比较简单，但这会使得功放效率极大地下降，是以牺牲功放的输出功率和效率为代价的。

一种方式是前馈技术，前馈技术的基本思想是附加一定的外围电路，通过提取经过主放大器之后的信号中的失真分量，单独放大后与主输出信号反向叠加，从而将失真分量从主输出信号中扣除，得到只含有线性分量的输出。

一种方式是预失真技术，预失真技术是一种开环线性化方法，该技术的实现方法是先把输入信号预先进行非线性处理，再经线性功率放大器进行放大，最终达到线性放大的目的。预失真技术包含模拟预失真和数字预失真两种，数字预失真需要DSP、A/D、D/A、调制器、解调器等多种硬件和复杂的数字信号处理算法，实现起来较复杂。图1为模拟预失真系统原理图，其采用幅度与相位补偿的方法，完成了信号的预失真处理，系统输入信号被耦合出一路，经调幅、调相后进行预失真处理，然后与系统输入信号叠加后作为功率放大器的输入信号，再进行放大输出。

上述三种方式中，功率回退法会使功放效率极大地下降，在中、高功率放大器中极少被采用，AOTF驱动器功率通常需要3-10W，而且对体积、效率要求较高所以不适用；前馈技术需要使用耦合器、衰减器、合成器、延时线、功分器等多个器件，电路实现复杂；无论模拟还是数字预失真均需要较多硬件来实现，结构较复杂。

发明内容

针对现有模拟预失真系统电路结构复杂的不足，本发明的目的是提供一种基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，本发明电路及结构简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，包括依次连接的上位机软件、FPGA模块、DDS模块和线性功放模块，DDS模块内部有多个DDS核，其中一个为主DDS核并具有主通道，其余为辅助DDS核并具有辅助通道，主通道和每个辅助通道分别输出包含频率、相位和幅度信息的一个频点数据，主通道输出基频信号，通过DDS模块内部的累加器将多个辅助通道和主通道的频点数据累加，以在一个通道中实现多个频点输出，每个辅助通道输出频点的频率、相位和幅度通过上位机软件可编程控制，以使每个辅助通道经线性功放模块放大后输出频点的频率、相位和幅度与基频信号经过线性功放模块放大后产生的某次高次谐波对应，对应是指频率相同、相位相差180°且幅度相当；辅助通道依次按二次谐波、三次谐波、四次谐波……的顺序与主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的高次谐波对应，直到所有辅助通道对应完毕。

所述DDS模块具有三路辅助通道，分别对应主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的二次谐波、三次谐波和四次谐波。

一种基于DDS多载波技术的AOTF驱动器谐波抑制方法，其特征在于：采用前述基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器实现，由辅助通道输出频点数据降低或抵消经线性功放模块放大后的射频信号中的高次谐波。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

本发明直接控制DDS器件的主通道输出基频信号，多个辅助通道输出多个高次谐波频率，通过调节多个高次谐波的幅度、相位，使其经过功放放大后能够抵消基频信号经过放大所产生的高次谐波，从而可以消除或减小线性功放基频信号的高次谐波。本发明避免了功率回退法效率低的不足，采用成熟的DDS器件，电路及结构简单，易于实现。

附图说明

图1-模拟预失真系统原理图。

图2-本发明基于DDS多载波技术的AOTF驱动器谐波抑制的原理框图。

图3-实施例中上位机软件界面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

本发明基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，包括依次连接的上位机软件、FPGA模块、DDS模块和线性功放模块，上位机软件通过USB通信接口与FPGA模块连接，FPGA模块通过串行接口控制DDS模块中的时序及逻辑电路。DDS模块内部有多个DDS核，其中一个为主DDS核并具有主通道，其余为辅助DDS核并具有辅助通道，主通道和每个辅助通道分别输出包含频率、相位和幅度信息的一个频点数据，主通道输出基频信号，通过DDS模块内部的累加器将多个辅助通道和主通道的频点数据累加，以在一个DDS器件中实现多个频点输出，并输出给线性功放模块。每个辅助通道输出频点的频率、相位和幅度通过上位机软件可编程控制，以使每个辅助通道经线性功放模块放大后输出频点的频率、相位和幅度与基频信号经过线性功放模块放大后产生的某次高次谐波对应，对应是指频率相同、相位相差180°且幅度相当；辅助通道依次按二次谐波、三次谐波、四次谐波……的顺序与主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的高次谐波对应，直到所有辅助通道对应完毕，原理参见图2。故本发明多个辅助通道输出的实际就是与基频信号经过线性功放模块放大后产生的高次谐波对应的高次谐波信号，与主通道输出基频信号对应。

实施例中DDS模块具有三路辅助通道，分别对应主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的二次谐波、三次谐波和四次谐波。

DDS是直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer)，与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率、全数字化、体积小、便于集成等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术，主要用在：频率合成，可编程时钟发生器，雷达和扫描系统的线性调频源，测试与测量设备，快速跳频，声光器件驱动器等应用中，在声光器件驱动器中主要用于产生射频源，包括单一频率、连续扫频或快速跳频等功能。本发明独辟蹊径，将其用于AOTF驱动器谐波抑制，其原理是：有些DDS芯片内部有多个DDS核，其中一个为主DDS核，其余为辅助DDS核，这些辅助DDS核没有DAC，所以不能直接输出，但是这些辅助通道可以输出多个频点的数据(每个辅助通道可以输出一个频点数据，包含频率、相位和幅度信息)，通过将多个辅助通道和主通道的频点数据累加，可以在一个通道中实现多个频点输出，每个频点的频率、相位和幅度可编程控制，当两个射频信号频率、幅度相同，而相位相差180°时，从而可以将这两个射频信号消除掉，根据这一原理，当辅助通道和谐波的频率完全相同，幅度、相位经过线性功放放大后能够抵消线性功放本身产生的高次谐波时，从而可以消除或减小线性功放输出信号的谐波。

控制程序烧录在FPGA模块内部。控制程序指烧录在FPGA内部的程序，上位机软件指计算机端的程序，上位机软件和控制程序相互通信，通过上位机软件发送数据给控制程序，实现对驱动器的完全控制。上位机软件发送每个辅助通道输出频点的频率、相位和幅度等数据，控制程序进行接收，并按一定时序写入DDS器件内部寄存器，从而实现信号输出。上电工作时，FPGA向DDS器件(具体型号为AD9911)中写入控制字进行器件的初始化，然后等待上位机软件传送多个频点数据，当收到数据并校验正确后，将数据储存到FPGA内部寄存器，然后按照AD9911的写入时序分别写入基频、高次(2次、3次和4次)谐波的频率(寄存器地址0x04H)、相位(寄存器地址0x05H)和幅度(寄存器地址0x06H)数据，从而AD9911输出多频点射频信号，此信号经线性功放放大后进行输出，将输出衰减30dB后接入频谱仪进行测量，通过多次调节软件界面中高次谐波的幅度、相位参数，直到高次谐波抑制达到最好。

本发明基于DDS多载波的AOTF驱动器谐波抑制技术的核心是FPGA将接收到的上位机软件传送的多个频点数据，按时序要求写入DDS器件从而生成多个频点的高次谐波信号，每个频点的频率、幅度和相位均可编程控制，经线性功放放大后能够消除或减小基频信号的高次谐波。图3是一个实施例中上位机软件界面图。

本发明AOTF驱动器的谐波抑制水平从-15dB变为-20dB，与传统的功率回退、前馈、预失真等方法相比，在电路和结构上降低了系统的设计复杂度。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，其特征在于：包括依次连接的上位机软件、FPGA模块、DDS模块和线性功放模块，DDS模块内部有多个DDS核，其中一个为主DDS核并具有主通道，其余为辅助DDS核并具有辅助通道，主通道和每个辅助通道分别输出包含频率、相位和幅度信息的一个频点数据，主通道输出基频信号，通过DDS模块内部的累加器将多个辅助通道和主通道的频点数据累加，以在一个通道中实现多个频点输出，每个辅助通道输出频点的频率、相位和幅度通过上位机软件可编程控制，以使每个辅助通道经线性功放模块放大后输出频点的频率、相位和幅度与基频信号经过线性功放模块放大后产生的某次高次谐波对应，对应是指频率相同、相位相差180°且幅度相当；辅助通道依次按二次谐波、三次谐波、四次谐波……的顺序与主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的高次谐波对应，直到所有辅助通道对应完毕。

2.根据权利要求1所述的基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器，其特征在于：所述DDS模块具有三路辅助通道，分别对应主通道输出频点数据经过线性功放模块放大后产生的二次谐波、三次谐波和四次谐波。

3.一种基于DDS多载波技术的AOTF驱动器谐波抑制方法，其特征在于：采用权利要求1所述基于DDS多载波技术的AOTF谐波抑制驱动器实现，由辅助通道输出频点数据降低或抵消经线性功放模块放大后的射频信号中的高次谐波。