CN106936402A - 功率控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率控制电路，其中包括多级电阻网络负反馈输入级，其输入端与增益级输入端相连接；占空比调制模块，其输入端与所述的多级电阻网络负反馈输入级的输出端相连接，且其输出端与所述的增益级的输出端相连接；功率限制检测模块，其第一输入端与所述的占空比调制模块的输出端相连接，第二输入端与功率限制阈值信号相连接，其第一输出端与所述的多级电阻网络负反馈输入级的控制端相连接，其第二输出端与所述的占空比调制模块的控制端相连接。采用该种结构的功率控制电路，将多级电阻网络负反馈输入级与占空比调制模块接合起来，可以实现高速、高精度的自动增益控制及功率限制功能，应用范围较为广泛。

Description

功率控制电路

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及自动增益控制，具体是指一种功率控制电路。

背景技术

自动增益控制技术是功放电路中一种常见的用来实现输出功率限制的方法。为了实现增益可调，通常的办法是设置一个可变增益的输入级，利用负反馈电路来控制电路在多级可变的增益中逐步切换，最终调节至一个适合的增益，使得输出功率限制在预先设定的范围内。

逐级调节意味着，如果级数比较多，则调节范围、调节精度相对较高，但调节速度则会偏慢，而可变增益级数如果比较少，则调节速度会快，但调节精度则不会理想，输出功率与设定值之间存在一定的偏差，功率限制的不够精确。对于常见的应用，或许不难找到一个平衡点，如果对速度和精度同时有较高要求的应用，现有技术就显得不理想了。

美国专利US7893768B2，所示的自动增益控制现有技术，请参阅图1所示，是通过设置多级电阻网络负反馈输入级并逐级改变其电阻比例的方式实现自动增益控制，即实现功率限制功能。

现有技术的缺点很明显，电阻网络的级数是有限的，因此其最终稳定的增益与理想的增益存在偏差，如果要实现高精度的调节，势必增加级数来实现，显然是不经济、不理想的。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种可以实现高速、高精度的自动增益控制及功率限制功能的功率控制电路。

为了实现上述目的，本发明的功率控制电路具有如下构成：

该功率控制电路，其主要特点是，所述的电路包括：

多级电阻网络负反馈输入级，其输入端与增益级输入端相连接；

占空比调制模块，其输入端与所述的多级电阻网络负反馈输入级的输出端相连接，且其输出端与所述的增益级的输出端相连接；

功率限制检测模块，其第一输入端与所述的占空比调制模块的输出端相连接，其第二输入端与功率限制阈值信号相连接，其第一输出端与所述的多级电阻网络负反馈输入级的控制端相连接，其第二输出端与所述的占空比调制模块的控制端相连接。

进一步地，所述的功率限制检测模块包括比较器、数字控制单元以及译码器，所述的比较器的第一输入端与所述的增益级的输出端相连接，所述的比较器的第二输入端与功率限制阈值信号相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制单元的输入端相连接，所述的数字控制单元的第一输出端通过译码器与所述的多级电阻网络负反馈输入级的控制端相连接，所述的数字控制单元的第二输出端与所述的占空比调制模块的控制端相连接。

更进一步地，所述的多级电阻网络负反馈输入级包括第一运算放大器、第一反馈电阻以及数个串联的电阻，所述的数个串联的电阻中的每一个电阻都并联有一开关，且每一个开关的控制端各与所述的译码器的一个输出端相连接，所述的数个串联电阻的第一端与所述的增益级相连接，所述的数个串联电阻的第二端与所述的第一运算放大器的正向输入端相连接，所述的第一反馈电阻的第一端与所述的第一运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一反馈电阻的第二端与所述的第一运算放大器的输出端相连接。

再进一步地，所述的占空比调制模块包括第二运算放大器、第二反馈电阻、第一输入电阻以及第二输入电阻，所述的第二输入电阻的阻值与所述的第二反馈电阻的阻值相等，所述的第二运算放大器的正向输入端与所述的第二输入电阻的第二端相连接，所述的第二输入电阻的第一端与所述的第一输入电阻的第二端相连接，所述的第一输入电阻的第一端与所述的第一运算放大器的输出端相连接，所述的第一输入电阻上并联有一控制开关，所述的控制开关的控制端与所述的功率限制检测模块的第二端相连接，所述的第二运算放大器的反向输入端与所述的第二反馈电阻的第一端相连接，所述的第二反馈电阻的第二端与所述的第二运算放大器的输出端相连接，所述的第二运算放大器的输出端与所述的增益级的输出端相连接。

采用了该发明中的功率控制电路，可以同时实现高速、高精度的自动增益控制，满足对速度、精度要求高的自动增益控制应用。

附图说明

图1为现有技术中的多级增益调节的电路图。

图2为本发明的功率控制电路的结构示意图。

图3为本发明的一实施例中的功率限制检测模块的电路图。

图4为本发明的一实施例中的多级电阻网络负反馈输入级的电路图。

图5为本发明的一实施例中的占空比调制模块的电路图。

图6为本发明的一实施例中不同占空比的增益级的输出波形图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明在现有技术的基础上，通过增加占空比调制模块，可以弥补调节精度的不足。方波信号的占空比用来调节信号增益，优点在于精度高，可以实现无级调节。

请参阅图2所示，图2为本发明的功率控制电路的结构示意图。本发明采用多级增益调节和占空比控制两种模式相结合的方式，完成自动增益控制，可以同时实现高速高精度的功率限制功能。当功率限制检测模块检测到输入信号幅度或者功率超过功率限制阈值时，首先逐级减小输入级的增益。输入级通常是由电阻网络组成的负反馈运放，多级开关可以改变负反馈电阻和第一运算放大器的正向输入端的串联电阻的比例，从而实现增益的多级可调。上述调节为粗调，特点是速度快，但是由于多级电阻网络负反馈输入级的可调级数是有限的，所以调节的最终值精度取决于可调增益级数的多寡与密度。本发明在完成该步骤的自动增益控制后，启动占空比控制方式继续调节系统增益，以实现更高的功率限制精度。由于占空比控制方式具有无穷多的级数，故其精度可以非常高；综合以上两种自动增益控制技术，可以实现高速高精度的自动增益控制，使得功率限制速度快且准确、稳定。

功率限制检测模块根据外部功率限制阈值信号设置(通常设置为某个特定电压)，与增益级输出信号比较，当输出信号超过功率限制阈值信号(可以为电压信号也可以为电流信号)且超过程度较大时，功率限制检测模块首先控制多级电阻网络负反馈输入级，逐级降低增益，使得增益级输出信号幅度快速、逐级降低；当检测输出接近且大于阈值时，功率限制检测模块停止控制多级电阻网络负反馈输入级，转而开始控制占空比调制模块，具体可参见附图3所示。

占空比信号为100％时，输出信号不减小，占空比低于100％时，输出信号按照占空比的比例减小。由于占空比的改变是无级的，所以可以实现非常高的增益调节精度。最终功率限制检测模块判断输出级信号与设定的功率限制阈值信号的差值达到预定精度范围内之后保持增益两级可调输入级的增益状态，稳定的输出功率限制后的信号或者称为自动增益控制后的信号。如果出现信号的波动，占空比调制模块还可以微调增益来稳定输出，具体可参见图5所示。

请再次参阅图3至图6所示，功率限制阈值电压与第二运算放大器的输出信号比较，产生脉冲信号(功率溢出)或者低电平(功率不溢出)，之后经过数字控制。数字控制的目的是产生多级电阻网络负反馈输入级的串联电阻的开关控制信号和占空比调制模块的控制信号。

在一种优选的实施方式中，所述的多级电阻网络负反馈输入级包括第一运算放大器、第一反馈电阻RF以及数个串联的电阻R1，R2，R3，R4，所述的数个串联的电阻中的每一个电阻都并联有一开关s1，s2，s3，s4，且每一个开关的控制端各与所述的译码器的一个输出端相连接，所述的数个串联电阻R1，R2，R3，R4的第一端与所述的增益级相连接，所述的数个串联电阻R1，R2，R3，R4的第二端与所述的第一运算放大器的正向输入端相连接，所述的第一反馈电阻RF的第一端与所述的第一运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一反馈电阻RF的第二端与所述的第一运算放大器的输出端相连接。所述的占空比调制模块包括第二运算放大器、第二反馈电阻RF1、第一输入电阻RX以及第二输入电阻RI1，所述的第二输入电阻RI1的阻值与所述的第二反馈电阻RF1的阻值相等，所述的第二运算放大器的正向输入端与所述的第二输入电阻RI1的第二端相连接，所述的第二输入电阻RI1的第一端与所述的第一输入电阻RX的第二端相连接，所述的第一输入电阻RX的第一端与所述的第一运算放大器的输出端相连接，所述的第一输入电阻RX上并联有一控制开关SI，所述的控制开关SI的控制端与所述的功率限制检测模块的第二端相连接，所述的第二运算放大器的反向输入端与所述的第二反馈电阻RF1的第一端相连接，所述的第二反馈电阻RF1的第二端与所述的第二运算放大器的输出端相连接，所述的第二运算放大器的输出端与所述的增益级的输出端相连接。

多级电阻网络负反馈输入级的串联电阻的开关控制信号是根据比较器的输出，当检测到高电平时，控制累加器(2个bit)输出按一定速率做递减，经过译码器后产生s1、s2、s3、s4信号(实际开关个数不限于4个，此处仅为方便示例)，控制多级电阻网络负反馈输入级的开关，使得输入电阻按照由小到大的规律变化，因此功率控制电路增益减小。如果级数设置较少，速率设置较快，就能实现高速度。

功率控制电路增益减小后，增益级输出信号也会减小，由此比较器输出的脉冲信号脉宽会减小。当脉冲宽度小于一定值时，此时数字控制单元不再控制内部累加器，转而控制占空比调制模块，将比较器输出的较窄的脉冲信号输出到占空比调制模块的开关上。高电平时开关打开，增加了一级增益衰减所以系统增益减小，低电平时开关闭合，由于第二反馈电阻与输入电阻比例为1:1，保持增益不变。这样，占空比调制模块的输入脉冲信号脉宽越来越窄，功率控制电路增益也越来越小并趋近稳定，使得输出信号最大值在功率限制阈值电压的附近，从而实现高精度。

而当功率控制电路输入信号减小，使得增益级输出信号不超过阈值，比较器输出长时间保持低电平时。数字控制单元的内部累加器在检测到一定长度比较器输出的低电平后，将累加器做加法，经过译码后，使多级电阻网络负反馈输入级增益逐级变大，逐步恢复到增益衰减前的状态。

采用了该发明中的功率控制电路，可以同时实现高速、高精度的自动增益控制，满足对速度、精度要求高的自动增益控制应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种功率控制电路，其特征在于，所述的电路包括：

多级电阻网络负反馈输入级，其输入端与增益级输入端相连接；

占空比调制模块，其输入端与所述多级电阻网络负反馈输入级的输出端相连接，且其输出端与所述的增益级的输出端相连接；

功率限制检测模块，其第一输入端与所述占空比调制模块的输出端相连接，其第二输入端与功率限制阈值信号相连接，其第一输出端与所述多级电阻网络负反馈输入级的控制端相连接，其第二输出端与所述的占空比调制模块的控制端相连接。

2.根据权利要求1所述的功率控制电路，其特征在于，所述功率限制检测模块包括比较器、数字控制单元以及译码器，所述比较器的第一输入端与所述增益级的输出端相连接，所述比较器的第二输入端与功率限制阈值信号相连接，所述比较器的输出端与所述数字控制单元的输入端相连接，所述数字控制单元的第一输出端通过译码器与所述多级电阻网络负反馈输入级的控制端相连接，所述数字控制单元的第二输出端与所述占空比调制模块的控制端相连接。

3.根据权利要求2所述的功率控制电路，其特征在于，所述多级电阻网络负反馈输入级包括第一运算放大器、第一反馈电阻(RF)以及数个串联的电阻(R1，R2，R3，R4)，所述数个串联的电阻中的每一个电阻都并联有一开关(s1，s2，s3，s4)，且每一个开关的控制端各与所述译码器的一个输出端相连接，所述数个串联电阻(R1，R2，R3，R4)的第一端与所述的增益级相连接，所述数个串联电阻(R1，R2，R3，R4)的第二端与所述第一运算放大器的正向输入端相连接，所述第一反馈电阻(RF)的第一端与所述第一运算放大器的反向输入端相连接，所述第一反馈电阻(RF)的第二端与所述第一运算放大器的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的功率控制电路，其特征在于，所述占空比调制模块包括第二运算放大器、第二反馈电阻(RF1)、第一输入电阻(RX)以及第二输入电阻(RI1)，所述第二输入电阻(RI1)的阻值与所述第二反馈电阻(RF1)的阻值相等，所述第二运算放大器的正向输入端与所述第二输入电阻(RI1)的第二端相连接，所述第二输入电阻(RI1)的第一端与所述第一输入电阻(RX)的第二端相连接，所述第一输入电阻(RX)的第一端与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一输入电阻(RX)上并联有一控制开关(SI)，所述控制开关(SI)的控制端与所述的功率限制检测模块的第二端相连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第二反馈电阻(RF1)的第一端相连接，所述第二反馈电阻(RF1)的第二端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第二运算放大器的输出端与所述增益级的输出端相连接。