CN110850922A - 基于pin二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，目的是对PIN二极管提供互补控制信号，该电路包括2个电容、4个二极管、8个三极管、12个运算放大器和32个电阻组成，在实现高精度输出的同时又保持了整个电路的稳定性，并且可控范围调节方便，只需调节钳位电路的电阻大小比例以及可变电阻器就可以达到要求的电压控制范围。
Description
技术领域
本发明属于矢量调制器技术领域，涉及了一种新型的基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路。
背景技术
矢量调制器是重要的微波控制电路，广泛应用于通信、电子对抗系统、微波无线电通信、雷达以及空间通信等电子设备。矢量调制器一般利用PIN二极管或晶体管的电导调制特性实现幅度和相位控制功能。基于PIN二极管的矢量调制器由于具有高功率承受能力、低插入损耗和大动态范围等优点而受到广泛关注。然而，PIN二极管是电流控制型器件，其射频电阻与控制电流成反比例关系；同时，矢量调制器的控制接口一般为电压控制接口，而且要求射频电压传输系数与控制电压成线性关系。这些电路特性都极大地增大了控制电路的实现难度。
在传统的基于PIN二极管的矢量调制器中，控制电路通常采用数模转换器(DAC)或电压-电流转化驱动电路直接提供互补电流来实现。数模转换器将输入控制字码经过处理转换为分立的控制电流，实现矢量调制器PIN二极管的控制。但是，这种控制方式是数字式的，限制了矢量调制器的应用场景。电压-电流转化驱动电路根据矢量调制器和PIN二极管的射频特性来确定所要实现的功能。然而，电压-电流转化驱动控制电路的传输函数是关于输入控制电压的反比例函数，其输出电流会对控制电压十分敏感，严重影响矢量调制器的性能。
因此，研究新型矢量调制器模拟控制电路具有重大的应用价值和现实意义。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明提供了一种新型的基于PIN二极管的矢量调制器的模拟驱动控制电路，实现互补电压输出功能，互补电流功能通过PIN二极管的电流-电压指数关系生成，避开了电压-电流转化驱动电路因为直接输出电流而引起的一系列问题。
本发明提供的基于PIN二极管的矢量调制器的模拟控制电路的原理基于PIN二极
管自身的直流I-V特性关系：
其中，IS为反向饱和电流，q为电子电量，k为玻尔兹曼常数，n为修正系数，
T为热力学温度。当满足条件：
式(1)可以简化为：
若施加于矢量调制器两路PIN二极管的电压为互补电压时，即：
V1+V2＝const (4)
这两路PIN二极管电流为互补电流：
因此，通过设计模拟驱动控制电路使其输出一对互补的控制电压就可以实现所需的互补控制电流要求。
本发明提出一种基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，技术方案为：利用PIN二极管的电流-电压指数关系，通过提供互补电压的电路实现对PIN二极管的互补电流控制；
所述电路的供电电压VCC通过由电阻(R1,R2)和运算放大器(OP1)组成的第一反相比例运算电路输出一级电压，所述运算放大器(OP1)将一级电压输入到运算放大器(OP3)同相输入端，根据“虚短”概念，所述运算放大器(OP3)反相输入端为一级电压；
输入控制电压(VQ)通过电阻(R3、R4)和运算放大器(OP2)组成的第二反相比例运算电路输出二级电压；
所述运算放大器(OP2)将二级电压输入到运算放大器(OP4)同相输入端，同时经过一个负载电阻(R5)将电流输入由三极管(Q1、Q2)、电阻(R9，R10)组成的第一电流镜中，所述电流大小为(10-VQ)/10；同理，放大器(OP4)将电流输入由三极管(Q3、Q4)、电阻(R11，R12)组成的第二电流镜中，所述电流大小为VQ/4；
所述第一电流镜和第二电流镜将电路就分成了互补的两路输出控制电压VQ+和VQ-，且两组电流镜中的电流相加为一个常数，与输入控制电压构成了一种线性关系。
所述运算放大器(OP5，OP6)组成了最后一级放大，运算放大器(OP5，OP6)的同相输入端由电阻(R13，R14)和电容(C1)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP5)的反相输入端由电阻(R7)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP6)的反相输入端由电阻(R8)组成的钳位电路提供输入电压；
所述I路电路的供电电压VCC通过由电阻(R17,R18)和运算放大器(OP7)组成的第三反相比例运算电路输出一级电压，所述运算放大器(OP7)将一级电压输入到运算放大器(OP9)同相输入端，根据虚短概念，所述运算放大器(OP9)反相输入端为一级电压；
输入控制电压(VI)通过电阻(R19、R20)和运算放大器(OP8)组成的第四反相比例运算电路输出二级电压；
所述运算放大器(OP8)将二级电压输入到运算放大器(OP10)同相输入端，同时经过一个负载电阻(R21)将电流输入由三极管(Q5、Q6)、电阻(R25，R26)组成的第三电流镜中，所述电流大小为(10-VI)/10；同理，放大器(OP10)将电流输入由三极管(Q7、Q8)、电阻(R27，R28)组成的第四电流镜中，所述电流大小为VI/4；
所述第三电流镜和第四电流镜将电路就分成了互补的两路输出控制电压VI+和VI-，且两组电流镜中的电流相加为一个常数，与输入控制电压构成了线性关系。
所述运算放大器(OP11和OP12)组成了最后一级放大，运算放大器(OP11，OP12)的同相输入端由电阻(R29，R30)和电容(C2)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP11)的反相输入端由电阻(R23)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP12)的反相输入端由电阻(R24)组成的钳位电路提供输入电压；
优选的是，所述运算放大器(OP3)输出端为低电平，且随着供电电压的变化而改变，但始终满足二极管(D1)的反偏截止，对运算放大器(OP3)起稳压作用。
优选的是，所述电阻(R7，R8)对整个电路的电流进行了限制和调节作用。
本发明不仅可以用于矢量调制器，也可以用于电调衰减器等其它需要互补电压或互补电流的模块电路。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的模拟驱动控制电路原理结构示意图；
图2为应用本发明电路控制矢量调制器得到的星座图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供的基于PIN二极管的矢量调制器的模拟控制电路的原理基于PIN二极管自身的直流I-V特性关系：
其中，IS为反向饱和电流，q为电子电量，k为玻尔兹曼常数，n为修正系数，
T为热力学温度。当满足条件：
式(1)可以简化为：
若施加于矢量调制器两路PIN二极管的电压为互补电压时，即：
V1+V2＝const (4)
这两路PIN二极管电流为互补电流：
因此，通过设计模拟驱动控制电路使其输出一对互补的控制电压就可以实现所需的互补控制电流要求。
如图1所示，为本发明所述的电路原理结构示意图，包括2个电容、4个二极管、8个三极管、12个运算放大器和32个电阻组成。由于Q路和I路原理相同，故在此以Q路为例进行原理说明。供电电压VCC为+5V，通过R1、R2和OP1组成的反相比例运算电路输出-2.5V，输入到OP3同相输入端，根据“虚短”概念，运算放大器OP3反相输入端电压为-2.5V，同时OP3输出端为低电平且随着供电电压的变化而改变，但始终满足二极管D1反偏截止，对OP3起稳压作用。输入控制电压VQ为0～10V电压，通过R3、R4和OP2组成的反相比例运算电路输出电压-VQ/4，OP2将-VQ/4输入到OP4同相输入端，同时经过一个负载电阻R5将电流输入Q1、Q2、R9和R10组成的电流镜中，电流大小为(10-VQ)/10。同理，放大器OP4输入Q3、Q4、R11和R12组成的电流镜中的电流为VQ/4，这样Q路就分成了互补的两路输出电压VQ+和VQ-，且两组电流镜中的电流相加为一个常数，与输入控制电压构成了一种线性关系。OP5和OP6组成了最后一级放大，OP5的同相输入端由R13、R14和C1组成的钳位电路提供输入电压，使输出稳定在1V左右的一个可控范围，同时R7可对整个电路的电流进行了限制和调节作用，通过调节电阻使两路输出互补的控制电压VQ+和VQ-，对矢量调制器的PIN二极管进行控制。
以上所述即为整个控制电路的工作原理，在实现高精度输出的同时又保持了整个电路的稳定性，并且可控范围调节方便，只需调节钳位电路的电阻大小比例以及可变电阻器就可以达到要求的电压控制范围。
如图2所示，为应用本发明电路控制矢量调制器所测试得到的星座图，可以看到本发明电路能够有效地实现矢量调制器的控制功能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，完全可以被适用于各种适合本发明的领域；对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，其特征在于，包括两组电路Q路和I路；
其中，
所述Q路电路的供电电压VCC通过由电阻(R1,R2)和运算放大器(OP1)组成的第一反相比例运算电路输出一级电压，所述运算放大器(OP1)将一级电压输入到运算放大器(OP3)同相输入端，根据虚短概念，所述运算放大器(OP3)反相输入端为一级电压；
输入控制电压(VQ)通过电阻(R3、R4)和运算放大器(OP2)组成的第二反相比例运算电路输出二级电压；
所述运算放大器(OP2)将二级电压输入到运算放大器(OP4)同相输入端，同时经过一个负载电阻(R5)将电流输入由三极管(Q1、Q2)、电阻(R9，R10)组成的第一电流镜中，所述电流大小为(10-VQ)/10；同理，放大器(OP4)将电流输入由三极管(Q3、Q4)、电阻(R11，R12)组成的第二电流镜中，所述电流大小为VQ/4；
所述第一电流镜和第二电流镜将电路就分成了互补的两路输出控制电压VQ+和VQ-，且两组电流镜中的电流相加为一个常数，与输入控制电压构成了线性关系；
所述运算放大器(OP5和OP6)组成了最后一级放大，运算放大器(OP5，OP6)的同相输入端由电阻(R13，R14)和电容(C1)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP5)的反相输入端由电阻(R7)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP6)的反相输入端由电阻(R8)组成的钳位电路提供输入电压；
所述I路电路的供电电压VCC通过由电阻(R17,R18)和运算放大器(OP7)组成的第三反相比例运算电路输出一级电压，所述运算放大器(OP7)将一级电压输入到运算放大器(OP9)同相输入端，根据虚短概念，所述运算放大器(OP9)反相输入端为一级电压；
输入控制电压(VI)通过电阻(R19、R20)和运算放大器(OP8)组成的第四反相比例运算电路输出二级电压；
所述运算放大器(OP8)将二级电压输入到运算放大器(OP10)同相输入端，同时经过一个负载电阻(R21)将电流输入由三极管(Q5、Q6)、电阻(R25，R26)组成的第三电流镜中，所述电流大小为(10-VI)/10；同理，放大器(OP10)将电流输入由三极管(Q7、Q8)、电阻(R27，R28)组成的第四电流镜中，所述电流大小为VI/4；
所述第三电流镜和第四电流镜将电路就分成了互补的两路输出控制电压VI+和VI-，且两组电流镜中的电流相加为一个常数，与输入控制电压构成了线性关系；
所述运算放大器(OP11和OP12)组成了最后一级放大，运算放大器(OP11，OP12)的同相输入端由电阻(R29，R30)和电容(C2)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP11)的反相输入端由电阻(R23)组成的钳位电路提供输入电压；运算放大器(OP12)的反相输入端由电阻(R24)组成的钳位电路提供输入电压。
2.如权利要求1所述的基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，其特征在于，所述运算放大器(OP3)输出端为低电平，且随着供电电压的变化而改变，但始终满足二极管(D1)的反偏截止，对运算放大器(OP3)起稳压作用。
3.如权利要求1所述的基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，其特征在于，所述电阻(R7，R8)用于对整个电路的电流进行了限制和调节作用。
4.如权利要求1所述的基于PIN二极管的矢量调制器模拟驱动控制电路，其特征在于，基于PIN二极管自身的直流I-V特性关系：
其中，IS为反向饱和电流，q为电子电量，k为玻尔兹曼常数，n为修正系数，T为热力学温度，当满足条件：
式(1)可以简化为：
若施加于矢量调制器两路PIN二极管的电压为互补电压时，即：
V1+V2＝const
这两路PIN二极管电流为互补电流：
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111756335A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-09 | 西安博瑞集信电子科技有限公司 | 一种射频增益模块放大器芯片 |
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Cited By (2)
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| CN111756335A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-09 | 西安博瑞集信电子科技有限公司 | 一种射频增益模块放大器芯片 |
| CN111756335B (zh) * | 2020-07-01 | 2021-10-26 | 西安博瑞集信电子科技有限公司 | 一种射频增益模块放大器芯片 |
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