CN109683513A - 一种百兆1553b发控总线模拟前端 - Google Patents

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Abstract

本发明属于总线控制技术领域，具体涉及一种百兆1553B发控总线模拟前端。该模拟前端包括带通滤波器、电子开关、可调增益放大器、平滑滤波器、隔离变压器、限幅电路、抗混叠滤波器、第一级放大器、第二级放大器和第三级放大器。该模拟前端能够实现射频发射信号的功率放大和接收信号的选频、滤波、低噪声放大、收发信号的开关切换等射频前端功能。内置高性能射频滤波器，能够有效滤除带外干扰，保证终端设备的抗干扰性能和波形的完整性。外接同轴电缆和功分器，能够实现射频信号的匹配传输。

Description

一种百兆1553B发控总线模拟前端
技术领域
本发明属于总线控制技术领域，具体涉及一种百兆1553B发控总线模拟前端。
背景技术
发控总线是武器系统必不可少的组成部分，随着新的总线技术的发展、测发控技术的不断进步以及导弹技术的发展，对发控总线的传输带宽提出了更高要求。其中，发控总线中模拟前端发挥着至关重要的作用，模拟前端的设计一直是发控总线领域研究的核心内容。
百兆1553B发控总线模拟前端需要将20～50MHz带宽的信号实现放大，该频段是现有模拟前端领域所不涉及的，现有模拟前端主要集中在低频和高频段部分。由于百兆1553B发控总线使用的传输电缆及耦合变压器在20～50MHz频带内衰减较小且频响曲线较为平滑，所以只能在20～50MHz频带将信号进行放大。因此，20～50MHz频带内模拟前端的研制势在必行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种百兆1553B发控总线模拟前端，以解决如何实现对20～50MHz带宽信号进行放大的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种百兆1553B发控总线模拟前端，该模拟前端包括带通滤波器、电子开关、可调增益放大器、平滑滤波器、隔离变压器、限幅电路、抗混叠滤波器、第一级放大器、第二级放大器和第三级放大器；其中，
在发送通道中，DAC信号经过带通滤波器后，在电子开关的控制下，经过可调增益放大器进行放大；放大后的DAC信号经过平滑滤波器后，在电子开关的控制下输出至隔离变压器，隔离变压器与外部的百兆1553B发控总线同轴线缆相接；
在接收通道中，百兆1553B发控总线的ADC信号经过隔离变压器输入至模拟前端，在电子开关的控制下，经过限幅电路进行幅值控制；经过限幅电路后的ADC信号经过第一级放大器进行初级放大，再经过抗混叠滤波器解决频率混叠；经过抗混叠滤波器的ADC信号，经过可调增益放大器进行放大，再依次经过第二放大器和第三放大器进行两级放大；经过放大后的ADC信号在电子开关的控制下，经过带通滤波器后向ADC输出用于AD转换的ADC信号。
进一步地，带通滤波器的带宽为20～50MHz。
进一步地，在接收通道中，带通滤波器滤除经过放大后的ADC信号中高于1/2采样频率的频率成份。
(三)有益效果
本发明提出的百兆1553B发控总线模拟前端，包括带通滤波器、电子开关、可调增益放大器、平滑滤波器、隔离变压器、限幅电路、抗混叠滤波器、第一级放大器、第二级放大器和第三级放大器。该模拟前端能够实现射频发射信号的功率放大和接收信号的选频、滤波、低噪声放大、收发信号的开关切换等射频前端功能。内置高性能射频滤波器，能够有效滤除带外干扰，保证终端设备的抗干扰性能和波形的完整性。外接同轴电缆和功分器，能够实现射频信号的匹配传输。
附图说明
图1为本发明实施例百兆1553B发控总线模拟前端的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种百兆1553B发控总线模拟前端，其原理框图如图1所示。该模拟前端为半双工工作模式，接收通道与发射通道都在同一套模拟前端上实现。其中，该模拟前端包括带通滤波器、电子开关、DAC信号可调增益放大器、平滑滤波器、隔离变压器、限幅电路、第一级放大器、抗混叠滤波器、ADC信号可调增益放大器、第二级放大器和第三级放大器。
本实施例的模拟前端工作频率为20～50MHz。在发送通道中，FPGA输出的100MspsOFDM基带数字信号通过DAC转换转化为多载波模拟信号，DAC信号经过20～50MHz的带通滤波器后，在电子开关的控制下，经过DAC信号可调增益放大器进行放大，以克服输出信号经长距离传输时因线缆本身存在的衰减以及线路上存在耦合器而产生的衰减。DAC信号可调增益放大器采用功率放大芯片，采用电流馈电架构，单端输出，50欧姆匹配，功率输出适中，砷化镓放大器电压小、功耗低，可充分满足高速宽带网络中高密度数据传输应用的需求，可实现高线性度与低失真的同时，最大限度地节省电源，在保证线性度良好情况下输出功率可以达到百兆传输所需要的功率。
因为DAC信号是按照时间脉冲来产生的，因此在时间上是离散的，离散信号之间存在高频分量，为了有效抑制这些高频分量，在DAC信号被放大后需经过平滑滤波器，使放大后的DAC输出信号变得平滑。经过平滑滤波器后，DAC信号在电子开关的控制下输出至隔离变压器，隔离变压器与外部的百兆1553B发控总线同轴线缆相接，通过隔离变压器对模拟前端进行隔离，防止因一个终端的模拟前端的短路或者其它故障而导致整个总线网络处于瘫痪状态。
在接收通道中，百兆1553B发控总线的ADC信号经过隔离变压器输入至模拟前端后，在电子开关的控制下，首先经过限幅电路，因为本实施例模拟前端处理的是经过OFDM调制之后的信号，OFDM调制后的信号峰均比较高，为了防止某一时间点的信号幅值过高而烧毁ADC，所以采用限幅电路对ADC信号进行控制。本实施例的模拟前端使用的放大器共有三级，选用三级放大器的原因为本频段信号的放大器在设计上存在难点，如果选用一级高增益的放大器，产生的热量较多，效率较低。ADC信号经过限幅电路后经过第一级放大器，第一级放大器对ADC信号进行初级放大，初级放大后的ADC信号经过抗混叠滤波器，解决频率混叠。考虑到本实施例模拟前端要用于不同衰减程度的总线系统，采用通过FPGA控制的ADC信号可调增益放大器对经过抗混叠滤波器的ADC信号进行放大至需要的幅度，然后再依次经过第二放大器和第三放大器进行两级放大。在对模拟信号进行离散化采集前，在电子开关的控制下，采用带通滤波器滤除经过放大后的ADC信号中高于1/2采样频率的频率成份。经过带通滤波器后的ADC信号经双通道ADC转化为采样数字信号，供FPGA解调并进行相关数字处理。
模拟前端的主要指标测试如下：
工作频率：20～50MHz；发射输出信号最大幅度：19.1dBm；
接收增益：60.5dB；噪声系数：2.7dB；接收输出P-1：12.1dBm；
正常工作输入信号：0dBm；开关切换时间：≤0.21μS；
输入输出阻抗：50Ω；输入输出驻波：≤1.4；
输入电压：+5V±0.5V，电流0.33A；
前端模块采用单5V供电，所有电路均密封在金属壳体内，使用方便，具有良好的抗干扰性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种百兆1553B发控总线模拟前端，其特征在于，所述模拟前端包括带通滤波器、电子开关、可调增益放大器、平滑滤波器、隔离变压器、限幅电路、抗混叠滤波器、第一级放大器、第二级放大器和第三级放大器；其中，
在发送通道中，DAC信号经过带通滤波器后，在电子开关的控制下，经过可调增益放大器进行放大；放大后的DAC信号经过平滑滤波器后，在电子开关的控制下输出至隔离变压器，隔离变压器与外部的百兆1553B发控总线同轴线缆相接；
在接收通道中，百兆1553B发控总线的ADC信号经过隔离变压器输入至模拟前端，在电子开关的控制下，经过限幅电路进行幅值控制；经过限幅电路后的ADC信号经过第一级放大器进行初级放大，再经过抗混叠滤波器解决频率混叠；经过抗混叠滤波器的ADC信号，经过可调增益放大器进行放大，再依次经过第二放大器和第三放大器进行两级放大；经过放大后的ADC信号在电子开关的控制下，经过带通滤波器后向ADC输出用于AD转换的ADC信号。
2.如权利要求1所述的模拟前端，其特征在于，所述带通滤波器的带宽为20～50MHz。
3.如权利要求1所述的模拟前端，其特征在于，在接收通道中，所述带通滤波器滤除经过放大后的ADC信号中高于1/2采样频率的频率成份。
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