CN212649420U - 一种功率放大器栅压的数字调节电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种功率放大器栅压的数字调节电路，其能够大量减少放大器的调试时间以及省去调试人员的工作，并且完全满足自动化生成测试的需要，包括上位机、MCU控制模块、数字电位器模块和功放模块，上位机的输出端连接MCU控制模块的输入端，MCU控制模块的输出端连接至数字电位器模块的输入端，数字电位器模块的输出端连接至功放模块栅极电压的输入端，功放模块的电流检测模块的输出端连接至MCU控制模块。

Description

一种功率放大器栅压的数字调节电路

技术领域

本实用新型涉及功率放大器领域，具体而言，涉及一种功率放大器栅压的数字调节电路。

背景技术

功率放大器一般都是场效应晶体管，一般放大器的工作状态分为:甲类、乙类、甲乙类、丙类等工作状态。如果选定了放大器的工作状态，就必须确定其偏置网络，以便为晶体管提供合适的静态工作点.也就是功率放大器的直流工作状态。在功率放大器的直流工作状态中，最重要的一个电压参数就是栅极电压。

功率放大器的导电沟道是由加在栅极和源极的电压(即栅极电压)而创造和影响的，也就是说栅极电压可以改变导电沟道的尺寸和形状，从而控制从源极到漏极的电子流(即漏极电流)。简言之，调节功率放大器的栅极电压，就能够控制其漏极电流的大小，也就能确定功率放大器的工作状态，从而决定放大的功率叠加效率。

综上所述，栅极电压直接影响放大器的增益、线性度、工作状态、功率叠加效率、额外功率热耗散。所以若能够对栅极电压进行精确和快速地调节，那么对功率放大器的快速调试和安全使用就会起到至关重要的作用。在功率放大器的实际运用过程中，目前对栅极电压的调节，主要是手动调节偏压电阻阻值，从而得到一定变化范围的栅极电压值。再通过电流表读取漏极电流，如果漏极电流不是所要求的最佳静态电流值，则继续手动调节偏压电阻，然后继续读取漏极电流，直至满足最佳静态电流值。这种方法需要反复手动调节电阻并观测仪器找到最佳栅极电压点，工作效率低，也耗费人力成本，而且也不满足自动化生产测试的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率放大器栅压的数字调节电路，其能够大量减少放大器的调试时间以及省去调试人员的工作，并且完全满足自动化生成测试的需要。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种功率放大器栅压的数字调节电路，包括上位机、MCU控制模块、数字电位器模块和功放模块，上位机的输出端连接MCU控制模块的输入端，MCU控制模块的输出端连接至数字电位器模块的输入端，数字电位器模块的输出端连接至功放模块栅极电压的输入端，功放模块的电流检测模块的输出端连接至MCU控制模块。

在本实用新型的较佳实施例中，上述数字电位器模块包括2个数字电位器和4个运放器，每个数字电位器输出2路独立的电位器，电位器的负压经过运放器运放之后连接至功放模块。

在本实用新型的较佳实施例中，上述数字电位器调节运放器的输入电压。

在本实用新型的较佳实施例中，上述功放模块包括4路级联功率放大器。

在本实用新型的较佳实施例中，上述数字调节电路还包括电源电路，电源电路分别连接至MCU控制模块、数字电位器模块和功放模块。

在本实用新型的较佳实施例中，上述MCU控制模块控制电源电路向功放模块提供4路漏极电压。

在本实用新型的较佳实施例中，上述数字电位器模块将4路调节电压传输至功放模块。

在本实用新型的较佳实施例中，上述MCU控制模块回读4路漏极电流信号。

在本实用新型的较佳实施例中，上述上位机通过USB转UART接口与MCU控制模块通信连接。

在本实用新型的较佳实施例中，上述MCU控制模块通过SPI/IIC总线与数字电位器模块通信连接。

本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型中，PC上位机软件通过USB转UART接口与MCU控制模块通信，MCU控制模块与数字电位器模块通过SPI/IIC总线通信，数字电位器模块设置有2个数字电位器，每一路数字电位器可输出两路独立的电位器，两路电位器输出四路独立的电位器，经过运放后连接至功放模块，MCU控制模块再回读功放模块的电流信息，从而MCU控制模块可对4路级联功率放大器分别进行栅极电压的精确调节，本技术方案采用数字电位器的SPI/IIC接口可以实现软件自动化生成调试，相比常用DAC调节的栅极电压输出阶梯和噪声影响更小；同时，栅极电压调节的精度很高，可达几mV；相比常用DAC+MCU电路更简单，可靠，成本更低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例的数字调节电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例的数字调节方法流程图；

图标：100-上位机；200-MCU控制模块；300-数字电位器模块；400-功放模块；310-数字电位器；320-运放器；500-电源电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

基于功率放大器的栅极电压调节的特点和先用方案的局限性，发明了一种功率放大器栅极电压的数字调节电路，请参见图1，其包括上位机100、MCU控制模块200、数字电位器模块300和功放模块400，上位机100的输出端连接MCU控制模块200的输入端，MCU控制模块200的输出端连接至数字电位器模块300的输入端，数字电位器模块300的输出端连接至功放模块400的输入端，功放模块400的输出端连接至MCU控制模块200。

更为具体的，在本实施例中的数字电位器模块300包括2个数字电位器310和4个运放器320，每个数字电位器310输出2路独立的电位器，电位器的负压经过运放器320运放之后连接至功放模块400。数字电位器310调节运放器320的输入电压。

在电路原理框图中，由于每一路数字电位器310可输出两路独立的电位器，所以两路电位器就能输出四路独立的电位器。图中，MCU控制模块200可对4路级联功率放大器分别进行栅极电压的精确调节。这里简单起见，暂时只考虑调试一级功率放大器。以此类推，通过改变MCU的地址控制(片选控制)，4路级联功率放大器的调试同样适用。

更为具体的，在本实施例中的数字调节电路还包括电源电路500，电源电路500分别连接至MCU控制模块200、数字电位器310模块300和功放模块400，MCU控制模块200控制电源电路500向功放模块400提供4路漏极电压。

更为具体的，在本实施例中的数字电位器310模块300将4路调节电压传输至功放模块400，功放模块400包括4路级联功率放大器；MCU控制模块200回读4路漏极电流信号。

更为具体的，在本实施例中的上位机100通过USB转UART接口与MCU控制模块200通信连接。MCU控制模块200通过SPI/IIC总线与数字电位器310模块300通信连接。

请参见图2，本实施例还提供功率放大器栅极电压的数字调节电路的方法。

第一，电路的电气连接正常，此时功率放大器无射频输入信号，且接地良好。

第二，MCU控制模块200通过控制电源电路500，关闭功率放大器的漏极电压VD。接着MCU控制模块200给数字电位器310发送一个初始信号，数字电位器310将输出一个初始的电阻值，通过偏置电压的作用，可得到最大的负压值，一般为-5V。该负压经过运放之后，增强了带负载的能力，即输出的电压值不变，但输出的电流值增大，一般为几十毫安。此时运放输出的最大负压作为初始栅极电压，为功率放大器提供初始栅极静态工作电压。

第三，MCU控制模块200控制电源电路500，为功率放大器提供静态漏极电压VD。

第四，通过MCU控制模块200调节数字电位器310，使得运放输出的电压值增大一点，也即是栅极电压值从-5V往0V移动一点。这时，MCU控制模块200再回读功率放大器的漏极电流ID。在MCU中，将此时的漏极电流与之前设定的最佳静态漏极电流值进行比较。如果此时的漏极电流值异常偏大，则让MCU控制模块200控制电源电路500，停止对运放的供电，即关闭功率放大器的栅极电压；同时也停止对功率放大器提供漏极电压VD。检查电路异常，恢复电路之后从第一步开始继续调试操作。如果此时的漏极电流值比设定值小，则回到第四点，继续让MCU调节数字电位器310，使得运放输出的栅极电压值继续增大，直到MCU检测到的漏极电流ID与设定值非常接近，误差在±2.5％以内，则认为此时的栅极电压值调节到最佳状态值。

第五，MCU调节到最佳栅极电压时，MCU记录此时对应的电位器电阻值，并将该电阻值烧写至数字电位器310中；同时，输入射频信号，在功率放大器输出端检测输出的射频信号各项指标。

第六，关闭输入端的射频信号，然后将栅极电压设定为初始值-5V，再断开漏极电压，最后断开栅极电压，至此调试过程结束。

因为数字电位器310具有高的分辨率、固态技术的可靠性、卓越的温度性能、非易失性和可编程等特点。当调试结束后，固化在数字电位器310中的EEMEM中不会丢失。下次使用功率放大器时，不再需要MCU再次调节栅极电压，只需要将数字电位器310和功率放大器一起进行正常时序加电，功率放大器就可以正常工作。

综上所述，在本实用新型中，PC上位机100软件通过USB转UART接口与MCU控制模块200通信，MCU控制模块200与数字电位器310模块300通过SPI/IIC总线通信，数字电位器310模块300设置有2个数字电位器310，每一路数字电位器310可输出两路独立的电位器，两路电位器输出四路独立的电位器，经过运放后连接至功放模块400，MCU控制模块200再回读功放模块400的电流信息，从而MCU控制模块200可对4路级联功率放大器分别进行栅极电压的精确调节，本技术方案采用数字电位器310的SPI/IIC接口可以实现软件自动化生成调试，相比常用DAC调节的栅极电压输出阶梯和噪声影响更小；同时，栅极电压调节的精度很高，可达几mV；相比常用DAC+MCU电路更简单，可靠，成本更低廉。

本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本实用新型的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本实用新型的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，包括上位机、MCU控制模块、数字电位器模块和功放模块，所述上位机的输出端连接所述MCU控制模块的输入端，所述MCU控制模块的输出端连接至所述数字电位器模块的输入端，所述数字电位器模块的输出端连接至所述功放模块栅极电压的输入端，功放模块的电流检测模块的输出端连接至所述MCU控制模块。

2.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述数字电位器模块包括2个数字电位器和4个运放器，每个所述数字电位器输出2路独立的电位器，所述电位器的负压经过所述运放器运放之后连接至所述功放模块。

3.根据权利要求2所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述数字电位器调节所述运放器的输入电压。

4.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述功放模块包括4路级联功率放大器。

5.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述数字调节电路还包括电源电路，所述电源电路分别连接至所述MCU控制模块、数字电位器模块和功放模块。

6.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述MCU控制模块控制电源电路向所述功放模块提供4路漏极电压。

7.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述数字电位器模块将4路调节电压传输至所述功放模块。

8.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述MCU控制模块回读4路漏极电流信号。

9.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述上位机通过USB转UART接口与所述MCU控制模块通信连接。

10.根据权利要求1所述的功率放大器栅压的数字调节电路，其特征在于，所述MCU控制模块通过SPI/IIC总线与所述数字电位器模块通信连接。

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