CN109889172A - 一种基于cpld的tdd功率放大器快速收发切换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路，包括：MCU单元读取四路检测电压以及风扇电压并进行处理，分别得到四路栅压以及风扇使能，并将风扇使能发送给上位机；DAC单元将四路栅压分别转换成第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压，并将第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压发送给上位机；CPLD单元从上位机接收TDD控制信号，并利用TDD控制信号将上述的四路栅压以及风扇使能分别转换为四路功能使能信号以及低噪放使能信号；CLOCK单元为MCU单元以及CPLD单元提供时钟信号；PWR单元为MCU单元、DAC单元、CPLD单元以及CLOCK单元提供电压。这种电路，可以实现功放重要信息的获取、相关功能模块的控制以及与上位机的交互，获取上层下达的控制指令。
Description
技术领域
本发明属于功放控制技术领域，具体涉及一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路。
背景技术
在时分双工模式的通信系统中，信号的收发是在时间上相互分开的，对于TDD制式，功率放大器不仅需要输出大功率，而且功率放大器处于连续开关切换过程，使接收通道与发射通道的开关处于不同时间内。如果在接收时刻时，发射通道仍没有关闭，则很容易造成通道间的干扰，严重时可引起器件自激损坏。因此，TDD功率放大器必须具备高速开关切换的功能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于CPLD实现TDD功率放大器快速收发切换电路，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于CPLD实现TDD功率放大器快速收发切换电路，包括：
MCU单元，用于读取第一检测电压、第二检测电压、第三检测电压、第四检测电压以及风扇电压并进行处理，分别得到第一栅压、第二栅压、第三栅压、第四栅压以及风扇使能，并将所述风扇使能发送给上位机；
DAC单元，用于将所述第一栅压、所述第二栅压、所述第三栅压以及所述第四栅压转换成第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压，并将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压以及所述第八栅压发送给所述上位机；
CPLD单元，用于从上位机接收TDD控制信号，并利用所述TDD控制信号将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压、所述第八栅压以及所述风扇使能分别转换为第一功能使能信号、第二功放使能信号、第三功放使能信号、第四功放使能信号以及低噪放使能信号；
CLOCK单元，用于为所述MCU单元以及所述CPLD单元提供时钟信号；
PWR单元，用于为所述MCU单元、所述DAC单元、所述CPLD单元以及所述CLOCK单元提供电压。
在本发明的一个实施例中，还包括：第一转换单元和第二转换单元；
所述第一转换单元连接所述上位机和所述MCU单元、所述上位机和所述DAC单元；
所述第二转换单元连接所述上位机和所述CPLD单元。
在本发明的一个实施例中，所述第一转换单元和所述第二转换单元均为485总线。
在本发明的一个实施例中，所述DAC单元的接口为I2C接口。
在本发明的一个实施例中，所述CPLD单元内设置有四路栅压开关。
在本发明的一个实施例中，所述CPLD单元的型号为5M40ZE64C4N。
在本发明的一个实施例中，所述MCU单元内设置有ADC单元，所述ADC单元用于将所述第一检测电压、所述第二检测电压、所述第三检测电压、所述第四检测电压以及所述风扇电压从数字信号转换成模拟信号。
在本发明的一个实施例中，所述DAC单元的型号为AD5675。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本申请采用CPLD实现TDD功率放大器快速收发切换，CPLD逻辑单元负责将上位机下发的TDD切换电平转换为4路功放使能和1路低噪放使能信号，并对时序进行控制；
2.本申请通过这种电路可以实现功放重要信息的获取、相关功能模块的控制以及与上位机的交互，获取上层下达的控制指令。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的功放栅压的产生原理示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的功放上电控制电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的结构示意图；该快速收发切换电路包括：MCU(Microcontroller Unit，微控制)单元，该MCU单元用于读取第一检测电压、第二检测电压、第三检测电压、第四检测电压以及风扇电压并进行处理，分别得到第一栅压、第二栅压、第三栅压、第四栅压以及风扇使能，并将风扇使能发送给上位机；
DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换)单元，用于将所述第一栅压、所述第二栅压、所述第三栅压、所述第四栅压以及所述第一风扇使能转换成第五栅压、第六栅压、第七栅压、第八栅压以及第二风扇使能，并将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压、所述第八栅压以及所述第二风扇使能发送给上位机；
CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)单元，用于从上位机接收TDD控制信号，并利用所述TDD控制信号将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压、所述第八栅压以及所述风扇使能分别转换为第一功能使能信号、第二功放使能信号、第三功放使能信号、第四功放使能信号以及低噪放使能信号；
CLOCK单元，用于为所述MCU单元以及所述CPLD单元提供时钟信号；
PWR单元，用于为所述MCU单元、所述DAC单元、所述CPLD单元以及所述CLOCK单元提供电压。
需要说明的是，第一检测电压为输出功率检波电压；第二检测电压为反射功率检波电压；第三检测电压为温度检测电压；第四检测电压为功放板电压检测输入，检测风扇电压的目的是为了检测风扇的状态是否良好。
此外，所述MCU单元内设置有ADC单元，所述ADC单元用于将所述第一检测电压、所述第二检测电压、所述第三检测电压、所述第四检测电压以及所述风扇电压从模拟信号转换成数字信号，该数字信号再通过MCU单元进行处理。
此外，本申请的TDD功率放大器快速收发切换电路还包括若干运算放大器，第一检测电压、第二检测电压、第三检测电压、第四检测电压以及风扇电压通过对应的运算放大器进入ADC单元，并通过MCU单元进行处理。
其次，DAC单元用于将第一栅压、第二栅压、第三栅压以及第四栅压从数字信号转换成对应的模拟信号，即转换成了第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压，第五栅压、第六栅压、第七栅压、第八栅压以及风扇使能均通过与其对应的运算放大器输出并进入上位机。
需要说明的是，第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压经过运算放大器之后，实现了DAC单元输出正压到功放负栅压的转换，这里使用的运算放大器为反向同比例运算放大器，型号为AD4891，同时运算放大器也增强了DAC单元的电流驱动能力，以满足不同功率等级GaN器件对栅极电流的需求。
进一步地，MCU单元主要用于完成监控信息量的读取、开关控制、AGC的控制，其主要功能如下：
完成5路电压检测，该五路电压分别为第一检测电压、第二检测电压、第三检测电压、第四检测电压以及风扇电压；同时，MCU单元产生了1路5V的TTL逻辑电平，控制风扇使能，并将该风扇使能发送给上位机；同时，MCU单元控制DAC单元完成数模转换，从而实现对第一栅压、第二栅压、第三栅压、第四栅压的控制，此外，MCU单元还控制DAC单元产生1路模拟AGC控制电压。
进一步地，该MCU单元主要由ATMEL单片机、外部时钟源及高精度外部参考电压源组成；在一个具体实施例中，该单片机的型号为ATMEGA32，其最高工作时钟可达到16MHz，内部集成8路高精度ADC及SPI接口。
需要说明的是，在本申请中，只需要用到5路高精度DAC，SPI接口为MCU单元的通信接口。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的功放栅压的产生原理示意图。在一个具体实施例中，DAC单元采用ADI公司的AD5675，内置8个发射通道，该DAC单元的接口为I2C接口，可以完成对栅压的控制和AGC增益值的设定。
需要说明的是，由于GaN器件的栅极电流大小是随发射功率的大小变化的，作为通用平台，要考虑不同的功率等级和不同工作模式的放大器的适应性，这里通过反向同比例运算放大器来实现DAC输出正压到功放负栅压的转换，同时运算放大器可增强DAC的电流驱动能力，以满足不同功率等级GaN器件对栅极电流的需求。
需要说明的是，由于考虑到功放板需要负的栅压，所以需要将运算放大器接成反相放大器的形式，将DAC单元输出的0～5V电压转换为-5～0V的栅压输出，该运算放大器的型号为AD4891。
在一个具体实施例中，CPLD单元选用Altera公司的MAXV系列，型号为5M40ZE64C4N，该CPLD单元支持3.3V的bank电平。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路的功放上电控制电路的原理示意图，GaN功放在漏压上电之前需要保证栅压为负压，所以通过图3所示的上电时序保证该要素的实现，功放板在-5V上电之后，驱动光耦合器输出信号28_SW来控制功放板上28V漏压的上电，该信号在-5V上电之前悬空，上电之后为低电平，即在-5V上电之后就打开28V漏压开关。
进一步地，CPLD单元内设置有四路栅压开关，该四路栅压开关通过CPLD单元下发PA_EN_A，PA_EN_B，PA_EN_C，PA_EN_D来控制开关实现，开关选用安森美公司的模拟开关NLAS4157。通过对控制端S的控制，在栅压和-5V之间进行切换，来进行功放的开启和关闭。
需要说明的是，该四路栅压开关为功放开关，该控制端S为模拟开关的S端。
需要说明的是，PA_EN_A，PA_EN_B，PA_EN_C，PA_EN_D分别为第一功放使能信号、第二功放使能信号、第三功放使能信号以及第四功放使能信号。
进一步地，该TDD功率放大器快速收发切换电路还包括第一转换单元和第二转换单元；其中，
第一转换单元连接所述第一转换单元连接所述上位机和所述MCU单元、所述上位机和所述DAC单元，用于使MCU单元和DAC单元分别与上位机进行信息交互，包括功放单元信息的上报以及栅压的写入。
第二转换单元连接上位机和CPLD单元，用于利用上位机将TDD控制信号发送给CPLD单元。
进一步地，第一转换单元和第二转换单元均为485总线。
在一个具体实施例中，第一转换单元采用MAXIM公司的半双工485转换芯片MAX13485EESA+以及5V的电平接口。
在一个具体实施例中，第二转换单元采用MAXIM公司的半双工485转换芯片MAX3485CSA以及3.3V的电平接口。
进一步地，CLOCK单元为时钟参考单元，单片机采用外接16MHz晶振方式提供单片机，也就是MCU单元所需的参考时钟信号；CPLD单元外接10M参考，内部再进行时钟的倍频，倍频后作为系统主时钟。
需要说明的是，16M晶振采用TXC厂家CMOS输出晶振，该晶振的型号为：7W-16.00000MAET，供电电压为5V，上升下降沿时间满足MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)要求。
进一步地，PWR单元为电源变换电路单元，该电源变换电路的输入电源为5.5V，电流最大为800mA，使用SC4215转换为单片机、ADC单元和DAC单元所需的5V电压，该电源变换电路的电源芯片为TPS63700，该电源芯片产生-5.5V电压，再使用LDO(low dropoutregulator，低压差线性稳压器)将-5.5V电压转换为运算放大器所需要的-5V电压，ADC单元和DAC单元的外部参考使用固定5V输出的电压基准芯片ADR3550。通过该电源变换电路，完成板卡所述电源电压的转换。
本发明实施例采用CPLD实现TDD功率放大器快速收发切换，CPLD逻辑单元负责将上位机下发的TDD切换电平转换为4路功放使能和1路低噪放使能信号，并对时序进行控制。
本发明实施例通过这种电路可以实现功放重要信息的获取、相关功能模块的控制以及与上位机的交互，获取上层下达的控制指令。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于CPLD的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，包括：
MCU单元，用于读取第一检测电压、第二检测电压、第三检测电压、第四检测电压以及风扇电压并进行处理，分别得到第一栅压、第二栅压、第三栅压、第四栅压以及风扇使能，并将所述风扇使能发送给上位机；
DAC单元，用于将所述第一栅压、所述第二栅压、所述第三栅压以及所述第四栅压转换成第五栅压、第六栅压、第七栅压以及第八栅压，并将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压以及所述第八栅压发送给所述上位机；
CPLD单元，用于从上位机接收TDD控制信号，并利用所述TDD控制信号将所述第五栅压、所述第六栅压、所述第七栅压、所述第八栅压以及所述风扇使能分别转换为第一功能使能信号、第二功放使能信号、第三功放使能信号、第四功放使能信号以及低噪放使能信号；
CLOCK单元，用于为所述MCU单元以及所述CPLD单元提供时钟信号；
PWR单元，用于为所述MCU单元、所述DAC单元、所述CPLD单元以及所述CLOCK单元提供电压。
2.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，还包括：第一转换单元和第二转换单元；
所述第一转换单元连接所述上位机和所述MCU单元、所述上位机和所述DAC单元；
所述第二转换单元连接所述上位机和所述CPLD单元。
3.根据权利要求2所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述第一转换单元和所述第二转换单元均为485总线。
4.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述DAC单元的接口为I2C接口。
5.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述CPLD单元内设置有四路栅压开关。
6.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述CPLD单元的型号为5M40ZE64C4N。
7.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述MCU单元内设置有ADC单元，所述ADC单元用于将所述第一检测电压、所述第二检测电压、所述第三检测电压、所述第四检测电压以及所述风扇电压从数字信号转换成模拟信号。
8.根据权利要求1所述的TDD功率放大器快速收发切换电路，其特征在于，所述DAC单元的型号为AD5675。
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