CN112187189A - 一种动态调节的射频放大电路 - Google Patents

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何海星
王晗
郭萌
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Abstract

本发明提供了一种动态调节的射频放大电路，包括：放大电路，所述放大电路用于对经光电转换后的电信号进行放大；功率检测模块，所述功率检测模块用于采集放大电路的输出信号并进行检测；补偿电路，所述补偿电路用于对所述放大电路放大后的信号根据所述功率检测模块的检测结果对放大信号进行增益补偿；控制芯片，所述控制芯片用于根据功率检测模块的检测结果对所述放大电路进行增益放大控制，并控制所述补偿电路的增益补偿；所述控制芯片分别与所述放大电路、功率检测模块和补偿电路分别电连接，所述放大电路与所述功率检测模块电连接，所述补偿电路与所述放大电路电连接。提高了链路的增益平坦度，同时降低了噪声系数。

Description

一种动态调节的射频放大电路
技术领域
本发明属于光电信号处理技术领域，尤其是涉及一种动态调节的射频放大电路。
背景技术
在军用领域或者民用领域，采用基于ROF技术的光传输设备作为移动通信中的基站在中均已成为主流，而且在技术侦察以及非协作通信等特殊领域中模拟光传输设备仍然具有不可替代的优势，而射频功率放大器又是模拟光传输设备的关键所在，其性能指标的好坏直接决定了光传输设备能否无失真的还原出原始信号。然而，传统的增益可控射频放大电路均会产生一定的误差，并且在多级放大会产生误差积累从而影响信号质量甚至会产生失真现象。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种动态调节的射频放大电路，以解决现有技术中传统增益射频放大电路产生多级误差积累的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种动态调节的射频放大电路，包括：
放大电路，所述放大电路用于对经光电转换后的电信号进行放大；
功率检测模块，所述功率检测模块用于采集放大电路的输出信号并进行检测；
补偿电路，所述补偿电路用于对所述放大电路放大后的信号根据所述功率检测模块的检测结果对放大信号进行增益补偿；
控制芯片，所述控制芯片用于根据功率检测模块的检测结果对所述放大电路进行增益放大控制，并控制所述补偿电路的增益补偿；
所述控制芯片分别与所述放大电路、功率检测模块和补偿电路分别电连接，所述放大电路与所述功率检测模块电连接，所述补偿电路与所述放大电路电连接。
进一步的，所述放大电路为三级放大电路。
进一步的，所述三级放大电路包括：
第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一数控衰减器和第二数控衰减器，所述第一放大器第一端用于接收输入信号，所述第一放大器与所述第一数控衰减器电连接，所述第一数控衰减器与所述第二放大器电连接，所述第二放大器与第二数控衰减器电连接，所述第二数控衰减器与所述第三放大器电连接。
进一步的，所述第一放大器和第二放大器为ATF55143晶体管，所述第三放大器为ATF54143晶体管。
进一步的，所述功率检测模块，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与所述放大电路电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的正向输入端与第二电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述控制芯片电连接。
进一步的，所述功率检测模块还包括：第一二级管和第二二极管，所述第一二极管的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二二极管的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与第一二极管的第一端电连接。
进一步的，所述功率检测模块还包括：第三电阻、第一电容和接地端，所述第一电容与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述接地端电连接。
更进一步的，所述补偿电路包括：可控放大电路，所述可控放大电路包括：第四放大器和数字电位器，所述第四放大器的正向输入端接地，所述第四放大器的反向输入端与所述数字电位器的第二端电连接，所述数字电位器的第一端与所述第四放大器的输出端电连接，所述数字电位器的控制端与控制芯片电连接。
相对于现有技术，本发明所述的动态调节的射频放大电路具有以下优势：
本发明所述的动态调节的射频放大电路，通过对经光电转换后的电信号，经过放大电路对信号进行低噪声放大并采用数控衰减器通过主控模块实现增益可控的功能；而后，功率检测电路采集放大电路的输出信号并反馈到主控模块，使得放大电路具有反馈调节功能从而使得光传输设备具有自动增益控制(AGC)功能；然后，通过补偿电路对放大电路的输出信号进行动态补偿从而抵消误差，进而提高了链路的增益平坦度，同时降低了噪声系数。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中放大电路的电路结构示意图；
图3为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中功率检测模块的电路结构示意图；
图4为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中补偿电路的电路结构示意图。
附图标记说明：
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路的结构示意图，参见图1，所述动态调节的射频放大电路，包括：放大电路，所述放大电路用于对经光电转换后的电信号进行放大；功率检测模块，所述功率检测模块用于采集放大电路的输出信号并进行检测；补偿电路，所述补偿电路用于对所述放大电路放大后的信号根据所述功率检测模块的检测结果对放大信号进行增益补偿；控制芯片，所述控制芯片用于根据功率检测模块的检测结果对所述放大电路进行增益放大控制，并控制所述补偿电路的增益补偿；所述控制芯片分别与所述放大电路、功率检测模块和补偿电路分别电连接，所述放大电路与所述功率检测模块电连接，所述补偿电路与所述放大电路电连接。
在本实施例中，通过天线接收信号，并将接收到的信号通过发射端进行调制，生成相应的光信号，并通过光缆将所述光信号传输至光电转换模块，并且通过并且进行滤波处理而后将信号发送到射频放大电路中；射频放大电路接收到信号后，首先，经过放大电路对信号进行低噪声放大并采用数控衰减器通过主控模块实现增益可控的功能；而后，功率检测电路采集放大电路的输出信号并反馈到主控模块。完成对信号的增益放大。所述控制芯片可以采用STC公司生产的STC90C516RD+芯片作为核心处理芯片，具有运算速度快、功耗小以及价格低廉等优点，以实现低噪声放大电路增益的快速、准确的调节功能。其电路连接可参考该芯片的设计手册完成与其它部分的电路连接。
在本实施例中，所述放大电路可以采用三级放大电路。参见图2，图2为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中放大电路的电路结构示意图。所述三级放大电路包括：
第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一数控衰减器和第二数控衰减器，所述第一放大器第一端用于接收输入信号，所述第一放大器与所述第一数控衰减器电连接，所述第一数控衰减器与所述第二放大器电连接，所述第二放大器与第二数控衰减器电连接，所述第二数控衰减器与所述第三放大器电连接。可选的，所述第一放大器和第二放大器为ATF55143晶体管，所述第三放大器为ATF54143晶体管。
为了满足接收端具有(0～30)dB的增益调节范围，放大电路采用三级放大方式，同时结合数控衰减器实现增益可调节的功能。放大器选择安华高公司的低噪声增强型HEMT晶体管ATF55143和ATF54143，其中，前两级放大采用具有较低噪声系数的ATF55143型晶体管，第三级放大采用具有较高功率增益的ATF54143型晶体管。数控衰减器选择Hitti化公司HMC273M芯片，具有(1～30)dB的衰减范围并且其输入端口的回波损耗十分优良。通过上述三级放大电路，可有效实现增益放大，且减少了误差放大，并且能够满足增益调节范围的要求。
相应的，图3为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中功率检测模块的电路结构示意图，参加图3，所述功率检测模块，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与所述放大电路电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的正向输入端与第二电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述控制芯片电连接。进一步的，所述所述功率检测模块还包括：第一二级管和第二二极管，所述第一二极管的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二二极管的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与第一二极管的第一端电连接。所述功率检测模块还包括：第三电阻、第一电容和接地端，所述第一电容与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述接地端电连接。
由于跨导放大电路没有大摆幅电压信号和密勒电容倍增效应，高频性能好，大信号下的转换速率也较高，同时电路结构简单和较低的电源电压和功耗，因此，选择该电路作为功率检测电路。
功率检测电路需要保持电容快速充电到峰值，要使用转换速率高的放大器，另外，由于放大器的输出端接有电容，还应注意负反馈的稳定性，所以本部分电路选用OPA2132，不但具有高转换速率(20V/μs)，而且双运放具有很好的一致性。在电路中，二极管起选通开关的作用，为达到好的保持效果，要选用反向恢复时间短的二极管，保证输出电压到达峰值时立刻截止，减少反向电量泄露。
图4为本发明实施例所述的动态调节的射频放大电路中补偿电路的电路结构示意图。参见图4，所述补偿电路包括：可控放大电路，所述可控放大电路包括：第四放大器和数字电位器，所述第四放大器的正向输入端接地，所述第四放大器的反向输入端与所述数字电位器的第二端电连接，所述数字电位器的第一端与所述第四放大器的输出端电连接，所述数字电位器的控制端与控制芯片电连接。其中功率检测电路对可控放大电路的输出信号的功率进行采集并传输到主控模块，主控模块经过运算与比对调节可控放大电路的放大系数以实现信号的动态调节。通过改变反馈电阻Rf的值来实现增益的变化，由于使用了负反馈结构，因此具有良好的稳定性，增益仅有两种电阻决定，具有较高的线性度，且对输入信号电平大小的要求比较低。
本发明所述的动态调节的射频放大电路，通过对经光电转换后的电信号，经过放大电路对信号进行低噪声放大并采用数控衰减器通过主控模块实现增益可控的功能；而后，功率检测电路采集放大电路的输出信号并反馈到主控模块，使得放大电路具有反馈调节功能从而使得光传输设备具有自动增益控制(AGC)功能；然后，通过补偿电路对放大电路的输出信号进行动态补偿从而抵消误差，进而提高了链路的增益平坦度，同时降低了噪声系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动态调节的射频放大电路，其特征在于，包括：
放大电路，所述放大电路用于对经光电转换后的电信号进行放大；
功率检测模块，所述功率检测模块用于采集放大电路的输出信号并进行检测；
补偿电路，所述补偿电路用于对所述放大电路放大后的信号根据所述功率检测模块的检测结果对放大信号进行增益补偿；
控制芯片，所述控制芯片用于根据功率检测模块的检测结果对所述放大电路进行增益放大控制，并控制所述补偿电路的增益补偿；
所述控制芯片分别与所述放大电路、功率检测模块和补偿电路分别电连接，所述放大电路与所述功率检测模块电连接，所述补偿电路与所述放大电路电连接。
2.根据权利要求1所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述放大电路为三级放大电路。
3.根据权利要求2所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述三级放大电路包括：
第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一数控衰减器和第二数控衰减器，所述第一放大器第一端用于接收输入信号，所述第一放大器与所述第一数控衰减器电连接，所述第一数控衰减器与所述第二放大器电连接，所述第二放大器与第二数控衰减器电连接，所述第二数控衰减器与所述第三放大器电连接。
4.根据权利要求3所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述第一放大器和第二放大器为ATF55143晶体管，所述第三放大器为ATF54143晶体管。
5.根据权利要求1所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述功率检测模块，包括：
第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与所述放大电路电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的正向输入端与第二电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述控制芯片电连接。
6.根据权利要求5所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述功率检测模块还包括：第一二级管和第二二极管，所述第一二极管的第一端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第二二极管的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与第一二极管的第一端电连接。
7.根据权利要求6所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述功率检测模块还包括：第三电阻、第一电容和接地端，所述第一电容与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述接地端电连接。
8.根据权利要求1所述的动态调节的射频放大电路，其特征在于，所述补偿电路包括：可控放大电路，所述可控放大电路包括：第四放大器和数字电位器，所述第四放大器的正向输入端接地，所述第四放大器的反向输入端与所述数字电位器的第二端电连接，所述数字电位器的第一端与所述第四放大器的输出端电连接，所述数字电位器的控制端与控制芯片电连接。
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