CN117220624A - 一种自动电平控制装置、方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动电平控制装置、方法、设备及介质，涉及射频技术领域。自动电平控制装置中的数字自动电平控制模块通过对不同工作温度和各级输出功率下的参考检波电压值进行采集和预存，使得在获取到设定的当前输出功率、当前检波电压值以及当前温度值后，根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值，进而可以根据目标参考检波电压值与当前检波电压值来调节射频功放信号链路的输出功率，确保了在宽温度范围内和功放各级输出功率下信号电平的精确性和稳定性；同时可根据目标参考检波电压值与当前检波电压值的差值对功放链路增益故障进行实时判别，避免功放进一步损坏。

Description

一种自动电平控制装置、方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种自动电平控制装置、方法、设备及介质。

背景技术

射频功放是射频发信机中的关键部件，也是环境敏感器件，其增益很容易受到环境温度、自身发热、放大链路器件性能老化等因素影响，导致功放输出功率发生波动，严重时可能使得功放出现增益压缩，产生强非线性，降低信号发射质量；此外，功放的输入信号由外部设备提供，当输入信号功率不稳定时，功放输出功率大幅波动，严重时将导致器件因过功率而失效。因此，对于输出功率稳定度和精度有较高要求的功放系统往往采用自动电平控制(Automatic Level Control，ALC)电路来改善其性能。

功率检波器检波输出电压与输入电平之间并非理想的线性关系，并且检波值在温度大幅变化时会产生漂移，这将导致闭环调整后的功放输出功率与额定输出功率之间存在较大偏差，不能满足输出功率精度和稳定性的要求。

由此可见，如何解决ALC技术中存在的因检波特性不理想和温度漂移导致输出功率精度差的问题是本领域人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动电平控制装置、方法、设备及介质，用于解决ALC技术中存在的因检波特性不理想和温度漂移导致输出功率精度差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自动电平控制装置，包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路；

所述射频功放信号链路的输出端与所述第一检波电路连接；

所述数字自动电平控制模块分别与所述温度传感器、所述射频功放信号链路的控制输入端、所述第一检波电路的输出端连接，用于获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值；根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定所述当前输出功率和所述当前温度值下对应的目标参考检波电压值；根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率。

优选地，所述射频功放信号链路包括：驱动级稳幅放大模块、数控衰减器、第一模拟电调衰减器、末级功放电路、第一定向耦合器；

所述驱动级稳幅放大模块的输出端与所述数控衰减器的控制输入端连接，所述数控衰减器的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接，所述第一模拟电调衰减器的输出端与所述末级功放电路的偏置电压控制端连接，所述末级功放电路的输出端与所述第一定向耦合器的输入端连接；

所述数控衰减器的控制输入端、所述第一模拟电调衰减器的控制输入端、所述末级功放电路的偏置电压控制端均与所述数字自动电平控制模块的输出端连接；

所述第一定向耦合器的耦合输出端与所述第一检波电路的输入端连接。

优选地，所述驱动级稳幅放大模块包括：第二模拟电调衰减器、放大器、第二定向耦合器、第二检波电路、模拟自动电平控制电路；

所述第二模拟电调衰减器的输出端与所述放大器的输入端连接，所述放大器的输出端与所述第二定向耦合器的输入端连接，所述第二定向耦合器的耦合输出端与所述第二检波电路的输入端连接，所述第二检波电路的输出端与所述模拟自动电平控制电路的输入端连接，所述模拟自动电平控制电路的输出端与所述第二模拟电调衰减器的控制输入端连接；

所述第二定向耦合器的耦合输出端与所述数控衰减器的控制输入端连接。

优选地，所述数字自动电平控制模块包括：微处理器、直流放大电路；

所述微处理器的第一模拟数字转换器端口与所述第一检波电路的输出端连接；

所述微处理器的第二模拟数字转换器端口与所述温度传感器连接；

所述微处理器的数模转换器端口或脉宽调制输出端口与所述直流放大电路的输入端连接；

所述直流放大电路的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

优选地，所述直流放大电路包括：滤波电路、电压跟随器、电压放大器；

所述滤波电路的输入端与所述微处理器的脉宽调制信号输出端连接；

所述滤波电路的输出端与所述电压跟随器的同相输入端连接，所述电压跟随器的输出端与所述电压放大器的同相输入端连接；所述电压放大器的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

优选地，所述数字自动电平控制模块预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系包括：

所述数字自动电平控制模块断开与所述第一检波电路的输出端的连接；在多个温度值下，调节所述末级功放电路的输入信号功率以便所述输出功率为功放的性能指标中设置的输出功率中的最大值；按照预设步进降低所述输出功率，获取各所述输出功率下的检波电压值以作为参考检波电压值；存储各所述输出功率、所述温度值、所述参考检波电压值。

优选地，所述数字自动电平控制模块用于获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值之前，还包括：

所述数字自动电平控制模块用于控制所述第一模拟电调衰减器控制电压处于增益控制范围的中心位置并设置数控衰减值为最小值；调整所述驱动级稳幅放大模块的输出电平以便功放输出为额定最大功率值，且满足预设的输出功率精度要求。

优选地，所述数字自动电平控制模块用于根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率包括：

获取所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的当前电压差值；

根据检波器的斜率特性将所述当前电压差值转换为当前功率差值；

判断所述当前功率差值是否大于预先设定的所述第一模拟电调衰减器最大可调范围的一半；其中，所述第一模拟电调衰减器最大可调范围是根据功率放大器在不同环境温度条件下以及在不同输出功率下对应的增益值变化区间中的最大区间再增加适当裕量来确定的；

若是，则提示所述射频功放信号链路增益异常；并控制关闭功放或者将所述第一模拟电调衰减器和所述数控衰减器的衰减量置于最大；

若否，在检测到所述当前功率差值为正值，且超过所允许的功放输出功率最大正向误差的情况下，降低所述直流放大电路的输出电压并增大所述第一模拟电调衰减器的衰减量；检测到所述当前功率差值为负值，且超过所允许的功放输出功率最大负向误差的情况下，增加所述直流放大电路的输出电压并减小所述第一模拟电调衰减器的衰减量；在所述当前功率差值位于所允许的功放输出功率误差区间的情况下，控制所述第一模拟电调衰减器的输入电压保持不变；其中，所述最大正向误差和所述最大负向误差是根据对功放输出功率精度的要求确定的。

优选地，还包括外部控制单元，所述外部控制单元与所述数字自动电平控制模块连接。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种自动电平控制方法，应用于包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路的自动电平控制装置；所述射频功放信号链路的输出端与所述第一检波电路连接；所述数字自动电平控制模块分别与所述温度传感器、所述射频功放信号链路的控制输入端、所述第一检波电路的输出端连接，所述方法包括：

获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值；

根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定所述当前输出功率和所述当前温度值下对应的目标参考检波电压值；

根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种自动电平控制设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的自动电平控制方法的步骤。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的自动电平控制方法的步骤。

本发明所提供的一种自动电平控制装置，包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路；射频功放信号链路的输出端与第一检波电路连接；数字自动电平控制模块分别与温度传感器、射频功放信号链路的控制输入端、第一检波电路的输出端连接。该装置中的数字自动电平控制模块通过对不同工作温度和各级输出功率下的参考检波电压值进行采集和预存，使得在获取到设定的当前输出功率、当前检波电压值以及当前温度值后，可以根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值，进而可以根据目标参考检波电压值与当前检波电压值来调节射频功放信号链路的输出功率，确保了在宽温度范围内和功放各级输出功率下信号电平的精确性和稳定性。

此外，本发明还提供一种自动电平控制方法、自动电平控制设备以及计算机可读存储介质，与上述提到的自动电平控制装置具有相同或相对应的技术特征，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为本发明实施例提供的一种自动电平控制装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自动电平控制装置的具体的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种驱动级稳幅放大模块的结构图；

图4为本发明实施例提供的一种数字自动电平控制模块的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种数字自动电平控制模块的具体的结构图；

图6为本发明实施例提供的一种可故障判别的功放精确步进调节自动电平控制方法的流程图；

图7为本发明另一实施例提供的自动电平控制设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种自动电平控制装置、方法、设备及介质，用于解决ALC技术中存在的因检波特性不理想和温度漂移导致输出功率精度差的技术问题。

射频功放是射频发信机中的关键部件，也是环境敏感器件，其增益很容易受到环境温度、自身发热、放大链路器件性能老化等因素影响，导致功放输出功率发生波动，严重时可能使得功放出现增益压缩，产生强非线性，降低信号发射质量；此外，功放的输入信号由外部设备提供，当输入信号功率不稳定时，功放输出功率大幅波动，严重时将导致器件因过功率而失效。因此，对于输出功率稳定度和精度有较高要求的功放系统往往采用ALC电路来改善其性能。ALC是针对由于环境、器件本身变化引起工作点变化等，在电路中加入的稳定电平的电路，在一定范围内，ALC电路自动纠正偏移的电平回到要求的数值。由于功率检波器检波输出电压与输入电平之间并非理想的线性关系，并且检波值在温度大幅变化时会产生漂移，这将导致闭环调整后的功放输出功率与额定输出功率之间存在较大偏差，不能满足输出功率精度和稳定性的要求，故而，本发明实施例提供一种自动电平控制装置，该装置中的数字自动电平控制模块通过对不同工作温度和各级输出功率下的参考检波电压值进行采集和预存，使得在获取到设定的当前输出功率、当前检波电压值以及当前温度值后，可以根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值，进而可以根据目标参考检波电压值与当前检波电压值来调节射频功放信号链路的输出功率，确保了在宽温度范围内和功放各级输出功率下信号电平的精确性和稳定性；同时可根据目标参考检波电压值与当前检波电压值的差值对功放链路增益故障进行实时判别，避免故障发生时持续闭环调整导致功放进一步损坏的问题的发生。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。图1为本发明实施例提供的一种自动电平控制装置的示意图，如图1所示，该装置包括射频功放信号链路1、数字自动电平控制模块2、第一检波电路3、温度传感器4；

射频功放信号链路1的输出端与第一检波电路3连接；

数字自动电平控制模块2分别与温度传感器4、射频功放信号链路1的控制输入端、第一检波电路3的输出端连接，用于获取设定的当前输出功率、第一检波电路3采集的当前检波电压值、温度传感器4采集的当前温度值；根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值；根据当前检波电压值与目标参考检波电压值的关系调节射频功放信号链路1的输出功率。

图2为本发明实施例提供的一种自动电平控制装置的具体的结构图。如图2所示的自动电平控制装置中，射频功放信号链路1包括：驱动级稳幅放大模块、数控衰减器、第一模拟电调衰减器、末级功放电路、第一定向耦合器；

驱动级稳幅放大模块的输出端与数控衰减器的控制输入端连接，数控衰减器的输出端与第一模拟电调衰减器的控制输入端连接，第一模拟电调衰减器的输出端与末级功放电路的偏置电压控制端连接，末级功放电路的输出端与第一定向耦合器的输入端连接；

数控衰减器的控制输入端、第一模拟电调衰减器的控制输入端、末级功放电路的偏置电压控制端均与数字自动电平控制模块2的输出端连接；

第一定向耦合器的耦合输出端与第一检波电路3的输入端连接。

通过射频功放信号链路1使得射频信号依次经过驱动级稳幅放大器7模块、数控衰减器、第一模拟电调衰减器、末级功放电路、第一定向耦合器后输出。第一定向耦合器的耦合端对功放的输出信号取样，耦合信号送入第一检波电路3转换为直流检波电压VF1，检波电压VF1送入数字自动电平控制模块2；温度传感器4的输出电压VT送入数字自动电平控制模块2。

数字自动电平控制模块2中预先存储有输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系。通过与数字自动电平控制模块2连接的外部控制单元5来获取当前输出功率、通过第一检波电路3输出的检波电压VF1以及通过温度传感器4的输出电压VT对输出功率进行设置以及闭环调整。

图3为本发明实施例提供的一种驱动级稳幅放大模块的结构图，如图3所示，该驱动级稳幅放大模块包括：第二模拟电调衰减器6、放大器7、第二定向耦合器8、第二检波电路9、模拟自动电平控制电路10；

第二模拟电调衰减器6的输出端与放大器7的输入端连接，放大器7的输出端与第二定向耦合器8的输入端连接，第二定向耦合器8的耦合输出端与第二检波电路9的输入端连接，第二检波电路9的输出端与模拟自动电平控制电路10的输入端连接，模拟自动电平控制电路10的输出端与第二模拟电调衰减器6的控制输入端连接；

第二定向耦合器8的耦合输出端与数控衰减器的控制输入端连接。

在驱动级稳幅放大模块中，第二模拟电调衰减器6的输出端与放大器7的输入端相连，放大器7的输出端与第二定向耦合器8的输入端相连，第二定向耦合器8的耦合输出端与第一模拟电调衰减器的控制输入端相连；第二定向耦合器8的耦合输出端与第二检波电路9的射频输入端相连，第二检波电路9的检波电压输出端与模拟自动电平控制电路10的检波电压输入端相连，模拟自动电平控制电路10的另一输入端与参考电压VREF相连，输出端与第二模拟电调衰减器6的控制电压输入端相连。模拟自动电平控制电路10对参考电压VREF和VF2之差进行积分放大，产生负反馈控制电压VC2，对第二模拟衰减器的衰减量进行闭环控制。

在驱动级稳幅放大模块中，通过包含模拟自动电平控制电路10的环路实现功放驱动级功率的稳幅输出，确保后级电路激励信号的稳定性。

图4为本发明实施例提供的一种数字自动电平控制模块的结构图，如图4所示，自动电平控制模块包括：微处理器U1、直流放大电路11；

微处理器U1的第一模拟数字转换器端口与第一检波电路3的输出端连接；

微处理器U1的第二模拟数字转换器端口与温度传感器4连接；

微处理器U1的数模转换器端口或脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)输出端口与直流放大电路11的输入端连接；

直流放大电路11的输出端与第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

图4中，数字自动电平控制模块2，通过监控接口与外部控制单元5相连；直流检波电压VF1连接至微处理器U1的一个模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)输入端，温度传感器4的输出电压VT连接至微处理器U1的另一个ADC输入端；微处理器U1输出的控制信号连接至数控衰减器的控制输入端，根据数控衰减器类型，控制接口可以是串行或者并行接口；微处理器U1的一个数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)输出端或者一个PWM输出端与直流放大电路11的输入端相连，直流放大电路11输出的控制电压VC1连接至第一模拟电调衰减器的控制输入端。

直流放大电路11包括：滤波电路、电压跟随器、电压放大器；

滤波电路的输入端与微处理器U1的脉宽调制信号输出端连接；

滤波电路的输出端与电压跟随器的同相输入端连接，电压跟随器的输出端与电压放大器的同相输入端连接；电压放大器的输出端与第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

此外，图2中，自动电平控制装置中还包括外部控制单元5，外部控制单元5与数字自动电平控制模块2连接。自动电平控制装置对外具有监控接口，监控接口接收外部的功率控制信息，并向外部发送告警信息；功放监控接口可以是支持双向通信的微处理器U1接口。

通过数字自动电平控制模块2完成功放输出功率检波电压实时采集、温度传感器4输出电压采集、闭环参考检波电压生成、步进衰减控制、功放输出功率闭环调整、功放链路故障判别及保护等功能。

数字自动电平控制模块2预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系包括：

数字自动电平控制模块2断开与第一检波电路3的输出端的连接。此处的数字自动电平控制模块2断开与第一检波电路3的输出端的连接指的是不对第一检波电路3的检波电压值做出响应，即为开环状态。值得注意的是，此处的在多个温度值下，调节末级功放电路的输入信号功率以便输出功率为功放的性能指标中设置的输出功率中的最大值；按照预设步进降低输出功率，获取各输出功率下的检波电压值以作为参考检波电压值；存储各输出功率、温度值、参考检波电压值。需要说明的是，一般情况下，功放的性能指标对输出功率有明确的要求，如最大输出功率≥40dBm。功放设计的输出功率只要能够输出40dBm，即可满足要求，设计者通常将其设定为额定最大输出功率。

数字自动电平控制模块2用于获取设定的当前输出功率、第一检波电路3采集的当前检波电压值、温度传感器4采集的当前温度值之前，还包括：

数字自动电平控制模块2用于控制第一模拟电调衰减器控制电压处于增益控制范围的中心位置并设置数控衰减值为最小值；调整驱动级稳幅放大模块的输出电平以便功放输出为额定最大功率值，且满足预设的输出功率精度要求。

数字自动电平控制模块2用于根据当前检波电压值与目标参考检波电压值的关系调节射频功放信号链路1的输出功率包括：

获取当前检波电压值与目标参考检波电压值的当前电压差值；

根据检波器的斜率特性将当前电压差值转换为当前功率差值；

判断当前功率差值是否大于预先设定的第一模拟电调衰减器最大可调范围的一半；其中，第一模拟电调衰减器最大可调范围是根据功率放大器在不同环境温度条件下以及在不同输出功率下对应的增益值变化区间中的最大区间再增加适当裕量来确定的；

若是，则提示射频功放信号链路1增益异常；并控制关闭功放或者将模拟电调衰减器和数控衰减器的衰减量置于最大；

若否，在检测到当前功率差值为正值，且超过所允许的功放输出功率最大正向误差的情况下，降低直流放大电路11的输出电压并增大第一模拟电调衰减器的衰减量；检测到当前功率差值为负值，且超过所允许的功放输出功率最大负向误差的情况下，增加直流放大电路11的输出电压并减小第一模拟电调衰减器的衰减量；在当前功率差值位于所允许的功放输出功率误差区间的情况下，控制第一模拟电调衰减器的输入电压保持不变；其中，最大正向误差和最大负向误差是根据对功放输出功率精度的要求确定的。比如要求功放输出功率准确度优于±0.1dB，那么功放输出功率最大正向误差为0.1dB，最大负向误差为-0.1dB。

需要说明的是，除了上述实施例中最大输出功率的要求外，还会有输出功率调整范围的要求，如输出功率调整范围为30dB，最小步进1dB。那么，30dB衰减对应的输出功率就为40dBm-30dB＝10dBm，这就对应的输出范围的最小功率值。控制电压位于增益控制范围的中心位置目的是使自动电平控制的上下范围最大化，同时作为一个基准条件，用于在该条件下进行故障诊断。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对自动电平控制装置实现对可故障判别的功放精确步进调节自动电平控制作进一步的详细说明。

自动电平控制装置实现对可故障判别的功放精确步进调节自动电平控制的具体过程包括：

1)数字自动电平控制模块2可设置为开环状态和闭环控制状态，在开环状态下，电调衰减器控制电压VC1不受检波电压值VF1影响，并可单独调整。

2)微处理器U1内预先存储各级额定输出功率对应的检波电压值，作为数字ALC闭环功率调整的参考值VOREF(简称参考检波电压值)；

3)微处理器U1内预先存储的各级参考检波电压值，由微处理器U1在不同工作温度下和各级输出功率下通过ADC采集获得；

4)根据功放链路在工作温度范围内增益变化的最大值，适当增加余量，确定出第一模拟电调衰减器的最大衰减控制范围±M，单位为dB；

5)微处理器U1控制的直流放大电路11，其输出电压的最小调整步进对应第一模拟电调衰减器的衰减值变化，应小于功放输出功率允许精度区间的1/2。

6)微处理器U1通过ADC实时采集检波电压值VF1，获取当前输出功率值；

7)微处理器U1通过ADC实时采集温度检测电压值VT，获取当前功放工作温度；

8)微处理器U1计算参考检波电压值VOREF与ADC实时采集检波电压值VF1的差值ΔV＝VF1-VOREF，依据检波器的斜率特性将ΔV转换为功率差ΔP，并取绝对值|ΔP|，单位为dB；

9)比较|ΔP|与M，若|ΔP|大于M，则提示功放链路增益出现异常，立即启动保护并发出告警信号，避免功放进一步损坏；

10)若|ΔP|小于M，则按照下面的步骤进行输出功率调节：

(1)ΔP为正，并且超出所允许的功放输出功率最大正向误差ΔPomax时，微处理器U1通过小步进降低直流放大电路11输出电压值VC1，增大第一模拟电调衰减器的衰减量，以降低功放的输出功率。

(2)ΔP为负，并且超出所允许的功放输出功率最大负向误差-ΔPomax时，微处理器U1通过小步进提高直流放大电路11输出电压值VC1，减小第一模拟电调衰减器的衰减量，以增大功放的输出功率。

(3)ΔP位于所允许的功放输出功率误差区间±ΔPomax之内时，VC1保持不变，功放的输出功率保持恒定。

11)前述每一次步进调整后，微处理器U1都重复步骤8)～步骤11)，依据判断结果做出保护告警或者增益调整处理。

再次以自动电平控制装置能够在较宽的工作温度范围内实现功放最小0.5dB步进的精确输出功率调节，功率调节范围为30dB，功率精度优于±0.1dB；并且可对功放链路故障进行判别，并做出相应保护措施的实施例进行说明。

数控衰减器选用HMC472LP4，模拟电调衰减器选用RVA-2000。数字ALC控制模块，微处理器U1选用ATmega64-16AI，微处理采用串口接收外部控制信号和发送状态信号，采用脉宽调制(PWM)接口产生直流放大调整电路的激励信号。图5为本发明实施例提供的一种数字自动电平控制模块的具体的结构图，如图5所示，微处理器U1的一个ADC输入引脚(PF0(ADC0))连接检波电压VF1，另一个ADC输入引脚(PF1(ADC1))连接温度检测电压VT,一个串口输入引脚(PE0(RXD0))连接外部控制单元5串口的输出端,串口输出引脚(PE1(TXD0))连接外部控制单元5串口的输入端，引脚PC0～PC5连接数控衰减器的控制端A0～A5。直流放大调整电路，电阻R1的一端与微处理U1的PB4端相连，另一端与电阻R2的一端以及电容C1的一端相连，C1的另一端接地；R2的另一端与电阻R3的一端以及电容C2的一端相连，C2的另一端接地；R3的另一端与电阻R4的以及电阻C3的一端相连，C3的另一端接地；电阻R4的另一端与运算放大器A1的同相输入端相连；R1、C1、R2、C2、R3、C3共同构成一个3阶RC低通滤波电路，对微处理器U1输出的PWM信号进行滤波，去除交流成分，产生直流电压。可选地，微处理器U1使用8MHz时钟，在快速PWM工作模式下其输出的脉冲信号频率为8MHz/256＝31.25kHz。R1＝R2＝R3＝100kΩ，C1＝C2＝C3＝0.1uF，由R1、C1、R2、C2、R3、C3构成的低通滤波器可实现对频率为31.25kHz的PWM信号中的交流成分及其高次谐波信号的滤除。

微处理器U1在快速PWM工作模式下输出的脉冲信号占空比可设置范围为0.390625％～100％，即微控制器PB4端口输出的PWM脉冲信号的幅度平均值可调范围约为0.004×VOH～VOH，VOH为微控制器I/O端口输出高电平时的电压值，如VOH＝4.5V时，PWM脉冲信号的幅度平均值可调范围为0.018V～4.5V，即经过RC滤波后的直流电压最大调整变化范围为0.018V～4.5V，控制电压最小步进为0.018V。

运算放大器A1的反相输入端与输出端相连，构成电压跟随器；电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗，可实现输入与输出端的隔离，减小输入端滤波器电路对输出端电路特性的影响；A1的输出电压VC0最大调整变化范围为0.018V～4.5V。

运算放大器A1的输出端与电阻R5的一端相连，R5的另一端与运算放大器A2的同相输入端相连；运算放大器A2的反相输入端与电阻R6的一端以及电阻R7的一端相连，R6的另一端接地，R7的另一端与A2的输出端相连；A2的输出端与第一模拟电调衰减器的控制端相连。R5、R6、R7和A2构成同相电压放大器，对电压跟随电路输出的直流电压VC0比例放大，以获得所需要的第一模拟电调衰减器的衰减控制电压。

R5＝2kHz，R6＝R7＝5kHz，可得到VC1＝2×VC0；VC1的最大调整变化范围为0.036V～9V。

选择应用第一模拟电调衰减器在13dB～7dB之间的衰减范围，即衰减调整范围为10dB±3dB，对应控制电压范围为4V～8V。数字自动电平控制模块2的输出控制电压VC1最小步进0.036V，对应模拟电调衰减器最小步进衰减量为(13-7)/(8-4)×0.036＝0.054dB，能够满足功放输出功率精度不大于±0.1dB的要求。

本发明实施例提供的自动电平控制装置，包括射频功放信号链路1、数字自动电平控制模块2、温度传感器4、第一检波电路3；射频功放信号链路1的输出端与第一检波电路3连接；数字自动电平控制模块2分别与温度传感器4、射频功放信号链路1的控制输入端、第一检波电路3的输出端连接。该装置中的数字自动电平控制模块2通过对不同工作温度和各级输出功率下的参考检波电压值进行采集和预存，使得在获取到设定的当前输出功率、当前检波电压值以及当前温度值后，可以根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值，进而可以根据目标参考检波电压值与当前检波电压值来调节射频功放信号链路1的输出功率，确保了在宽温度范围内和功放各级输出功率下信号电平的精确性和稳定性。

上文中描述了一种自动电平控制装置，本实施例还提供一种自动电平控制方法，应用于包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路的自动电平控制装置；射频功放信号链路的输出端与第一检波电路连接；数字自动电平控制模块分别与温度传感器、射频功放信号链路的控制输入端、第一检波电路的输出端连接。该方法包括：

获取设定的当前输出功率、第一检波电路采集的当前检波电压值、温度传感器采集的当前温度值；

根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定当前输出功率和当前温度值下对应的目标参考检波电压值；

根据当前检波电压值与目标参考检波电压值的关系调节射频功放信号链路的输出功率。

图6为本发明实施例提供的一种可故障判别的功放精确步进调节自动电平控制方法的流程图，如图6所示，该方法包括：

S10：数字自动电平控制模块控制软件设置为开环模式；

S11：预先获取参考检波电压值并存储；

S12：设置数控衰减值为最小，设置模拟衰减值至调整范围中心位置；

S13：调整驱动级稳幅放大模块输出电平，使功放输出为额定最大功率；

S14：根据外部功率设定值产生数控衰减器控制字；

S15：读取温度值，结合功率设定值读出预设参考检波电压值VOREF，并存储；

S16：数字自动电平控制模块控制软件设置为闭环模式；

S17：读取功率检波电压值VF1，计算ΔV＝VF1-VOREF，并转换为功率差ΔP；

S18：判断|ΔP|是否超过第一模拟电调衰减器单向最大调整范围(增益异常门限)；若是，则进入步骤S19；若否，则进入步骤S20；

S19：衰减器衰减量均置为最大并送出告警信息；

S20：对ΔP作出进一步地分析并采用不同的衰减控制策略，并返回步骤S18。

具体地，步骤S20中包括：

ΔP为正，且超出最大正向误差，则以最小步进增大第一模拟电调衰减器衰减量；

ΔP在误差允许范围内，则保持第一模拟电调衰减器衰减量；

ΔP为负，且超出最大负向误差，则以最小步进减小第一模拟电调衰减器衰减量。

具体地，可故障判别的功放精确步进调节自动电平控制方法包括：

1)将数字自动电平控制模块2设置为开环状态；

2)在不同温度条件下，通过改变末级功放电路的输入信号功率，使功放输出功率为最大，然后以0.5dB为步进依次降低功放输出功率，直至累计30dB；在每个功率值下，通过微处理器U1的ADC读取不同当前的检波电压值并存储，作为功放闭环功率调整参考检波电压值；测试温度的间隔可根据实际需求确定。

3)调整微处理器U1的PWM输出信号占空比，使第一模拟电调衰减器控制电压VC1为6V，处于增益控制范围中心的位置；设置数控衰减器的衰减值为最小；

4)调整驱动级稳幅放大模块中的参考电压值VREF1，改变驱动级稳幅放大模块的输出电平，使功放输出为系统要求的最大功率且满足±0.1dB精度要求；

5)微处理器U1依据从外部控制单元5(监控接口)传入接收到的输出功率设定值，产生控制字A0～A5，使数控衰减器置为对应衰减；

6)微处理器U1通过ADC1读取温度值，根据温度值和输出功率设定值，读出预存输出功率参考检波电压值VOREF；

7)微处理器U1通过ADC0实时采集检波电压VF1，计算VF1与VOREF的差值ΔV＝VF1-VOREF，依据检波器的斜率特性将ΔV转换为功率差ΔP,并取绝对值|ΔP|，单位为dB；本实例中ΔP＝0.06×ΔV；

8)若|ΔP|大于预先设定的第一模拟电调衰减器最大可调范围的一半，在本实施方式中为3dB，则提示功放链路增益出现异常，微处理器U1立即控制关闭功放或者将第一模拟电调衰减器和数控衰减器的衰减量置于最大，同时发出告警信号，提示功放链路增益出现异常；

9)若|ΔP|≤3dB，则按照下面的步骤进行输出功率调节；

(1)ΔP为正，并且超出所允许的功放输出功率最大正向误差0.1dB时，微处理器U1降低PWM输出信号的占空比，以0.051dB为步进增大第一模拟电调衰减器的衰减量，降低功放的输出功率；

(2)ΔP为负，并且超出所允许的功放输出功率最大负向误差-0.1dB时，微处理器U1提高PWM输出信号的占空比，以0.05dB步进降低第一模拟电调衰减器的衰减量，增大功放的输出功率；

(3)ΔP位于所允许的功放输出功率误差区间±0.1dB之内时，微处理U1的PWM输出信号占空比保持不变，对第一模拟电调衰减器的控制电压保持恒定，功放的输出功率恒定；

10)前述每一次步进调整后，微处理器U1都重复步骤8)～步骤10)，依据判断结果做出保护告警或者增益调整处理。

本发明实施例提供的方法解决了由于功率检波器检波输出电压与输入电平之间非理想的线性关系，且检波值在温度大幅变化时产生漂移，以及数控衰减器存在的固有误差导致的闭环调整后的功放输出功率与额定输出功率之间存在较大偏差的问题，提高了功放输出功率的精度和稳定性；解决了传统模拟ALC控制电路难以实现的精确小步进功率输出问题；可对功放链路增益故障进行实时判别，避免了故障发生时持续闭环调整导致功放进一步损坏的问题。

在上述实施例中，对于自动电平控制方法进行了详细描述，本发明还提供自动电平控制设备对应的实施例。需要说明的是，本发明从基于硬件的角度对设备部分的实施例进行描述。

图7为本发明另一实施例提供的自动电平控制设备的结构图。本实施例基于硬件角度，如图7所示，自动电平控制设备包括：

存储器20，用于存储计算机程序；

处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中所提到的自动电平控制方法的步骤。

其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能(Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的自动电平控制方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括Windows、Unix、Linux等。数据203可以包括但不限于上述所提到的自动电平控制方法所涉及到的数据等。

在一些实施例中，自动电平控制设备还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对自动电平控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。

本发明实施例提供的自动电平控制设备，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如下方法：自动电平控制方法，效果同上。

最后，本发明还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明提供的计算机可读存储介质包括上述提到的自动电平控制方法，效果同上。

以上对本发明所提供的一种自动电平控制装置、方法、设备及介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (12)

1.一种自动电平控制装置，其特征在于，包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路；

所述射频功放信号链路的输出端与所述第一检波电路连接；

所述数字自动电平控制模块分别与所述温度传感器、所述射频功放信号链路的控制输入端、所述第一检波电路的输出端连接，用于获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值；根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定所述当前输出功率和所述当前温度值下对应的目标参考检波电压值；根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率。

2.根据权利要求1所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述射频功放信号链路包括：驱动级稳幅放大模块、数控衰减器、第一模拟电调衰减器、末级功放电路、第一定向耦合器；

所述驱动级稳幅放大模块的输出端与所述数控衰减器的控制输入端连接，所述数控衰减器的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接，所述第一模拟电调衰减器的输出端与所述末级功放电路的偏置电压控制端连接，所述末级功放电路的输出端与所述第一定向耦合器的输入端连接；

所述数控衰减器的控制输入端、所述第一模拟电调衰减器的控制输入端、所述末级功放电路的偏置电压控制端均与所述数字自动电平控制模块的输出端连接；

所述第一定向耦合器的耦合输出端与所述第一检波电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述驱动级稳幅放大模块包括：第二模拟电调衰减器、放大器、第二定向耦合器、第二检波电路、模拟自动电平控制电路；

所述第二模拟电调衰减器的输出端与所述放大器的输入端连接，所述放大器的输出端与所述第二定向耦合器的输入端连接，所述第二定向耦合器的耦合输出端与所述第二检波电路的输入端连接，所述第二检波电路的输出端与所述模拟自动电平控制电路的输入端连接，所述模拟自动电平控制电路的输出端与所述第二模拟电调衰减器的控制输入端连接；

所述第二定向耦合器的耦合输出端与所述数控衰减器的控制输入端连接。

4.根据权利要求3所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述数字自动电平控制模块包括：微处理器、直流放大电路；

所述微处理器的第一模拟数字转换器端口与所述第一检波电路的输出端连接；

所述微处理器的第二模拟数字转换器端口与所述温度传感器连接；

所述微处理器的数模转换器端口或脉宽调制输出端口与所述直流放大电路的输入端连接；

所述直流放大电路的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

5.根据权利要求4所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述直流放大电路包括：滤波电路、电压跟随器、电压放大器；

所述滤波电路的输入端与所述微处理器的脉宽调制信号输出端连接；

所述滤波电路的输出端与所述电压跟随器的同相输入端连接，所述电压跟随器的输出端与所述电压放大器的同相输入端连接；所述电压放大器的输出端与所述第一模拟电调衰减器的控制输入端连接。

6.根据权利要求5所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述数字自动电平控制模块预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系包括：

所述数字自动电平控制模块断开与所述第一检波电路的输出端的连接；在多个温度值下，调节所述末级功放电路的输入信号功率以便所述输出功率为功放的性能指标中设置的输出功率中的最大值；按照预设步进降低所述输出功率，获取各所述输出功率下的检波电压值以作为参考检波电压值；存储各所述输出功率、所述温度值、所述参考检波电压值。

7.根据权利要求6所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述数字自动电平控制模块用于获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值之前，还包括：

所述数字自动电平控制模块用于控制所述第一模拟电调衰减器控制电压处于增益控制范围的中心位置并设置数控衰减值为最小值；调整所述驱动级稳幅放大模块的输出电平以便功放输出为额定最大功率值，且满足预设的输出功率精度要求。

8.根据权利要求7所述的自动电平控制装置，其特征在于，所述数字自动电平控制模块用于根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率包括：

获取所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的当前电压差值；

根据检波器的斜率特性将所述当前电压差值转换为当前功率差值；

判断所述当前功率差值是否大于预先设定的所述第一模拟电调衰减器最大可调范围的一半；其中，所述第一模拟电调衰减器最大可调范围是根据功率放大器在不同环境温度条件下以及在不同输出功率下对应的增益值变化区间中的最大区间再增加适当裕量来确定的；

若是，则提示所述射频功放信号链路增益异常；并控制关闭功放或者将所述第一模拟电调衰减器和所述数控衰减器的衰减量置于最大；

若否，在检测到所述当前功率差值为正值，且超过所允许的功放输出功率最大正向误差的情况下，降低所述直流放大电路的输出电压并增大所述第一模拟电调衰减器的衰减量；检测到所述当前功率差值为负值，且超过所允许的功放输出功率最大负向误差的情况下，增加所述直流放大电路的输出电压并减小所述第一模拟电调衰减器的衰减量；在所述当前功率差值位于所允许的功放输出功率误差区间的情况下，控制所述第一模拟电调衰减器的输入电压保持不变；其中，所述最大正向误差和所述最大负向误差是根据对功放输出功率精度的要求确定的。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的自动电平控制装置，其特征在于，还包括外部控制单元，所述外部控制单元与所述数字自动电平控制模块连接。

10.一种自动电平控制方法，其特征在于，应用于包括射频功放信号链路、数字自动电平控制模块、温度传感器、第一检波电路的自动电平控制装置；所述射频功放信号链路的输出端与所述第一检波电路连接；所述数字自动电平控制模块分别与所述温度传感器、所述射频功放信号链路的控制输入端、所述第一检波电路的输出端连接，所述方法包括：

获取设定的当前输出功率、所述第一检波电路采集的当前检波电压值、所述温度传感器采集的当前温度值；

根据预先存储的输出功率、温度值、参考检波电压值的对应关系确定所述当前输出功率和所述当前温度值下对应的目标参考检波电压值；

根据所述当前检波电压值与所述目标参考检波电压值的关系调节所述射频功放信号链路的输出功率。

11.一种自动电平控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求10所述的自动电平控制方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求10所述的自动电平控制方法的步骤。