微波檢波信號增益控制方法

本文采用微處理器MSP430F149控制帶8位易失性存儲器的四路SPI數(shù)字電位器MCP4351組成三級級聯(lián)放大電路，實現(xiàn)了對微波檢波信號放大增益的自動控制。此方法工作效率高，適合寬動態(tài)范圍的增益控制。下邊分別從硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計思路及總體實現(xiàn)方法等方面進行分析。

　　1 增益自動控制系統(tǒng)框架設(shè)計

　　智能微波開關(guān)接收部分對接收到的微波檢波器輸出信號進行前置固定增益(增益約為1)放大以及濾波以后，通過三級程控放大電路放大，將信號幅值放大到要求的范圍，再由后續(xù)電路進行解調(diào)和處理。放大器級聯(lián)模型如圖1所示。

　　為了適應(yīng)寬動態(tài)范圍的應(yīng)用，放大器的增益控制必須足夠的靈活。當輸入幅值特別小的時候，放大電路要能夠?qū)⑿》敌盘柗糯蟮揭蟮姆秶鷥?nèi);當輸入幅值特別大的時候，放大電路還應(yīng)該能夠?qū)⒋蠓敌盘枆嚎s。因此，第一級放大電路的設(shè)計最關(guān)鍵，要求對信號既可以放大也可以壓縮。而第二級和第三級放大電路僅具有放大能力就可以滿足實際應(yīng)用要求。

　　2 增益自動控制電路硬件設(shè)計

　　根據(jù)寬動態(tài)范圍檢波器輸出信號的特點(輸出信號約為500μV～2.75 V)，本文設(shè)計的第一級程控增益放大電路要適應(yīng)如此寬動態(tài)范圍信號的放大，同時又能夠濾除噪聲，故采用集成運放、程控數(shù)字電位器和電容組成了反相輸入的一階低通濾波電路，同時還具有增益調(diào)節(jié)功能，微處理器可以通過程序控制此電路的增益。所設(shè)計的第一級程控增益放大部分的電路原理圖如圖2所示(其中中R11和R12為程控數(shù)字電位器R1)。

　　對圖1進行分析，可以得到第一級程控放大電路的輸出電壓為：

　　在實際電路中，選用的集成放大器為LM6154，它是四路高速低功耗集成運放。選用的數(shù)字電位器為MCP4351，它是帶易失性存儲器的8位四路數(shù)字電位器。其電阻調(diào)節(jié)的步長為：

　　式中：N1為0～256之間的十進制整數(shù);Rw為電位器抽頭阻值(75 Ω)。

　　經(jīng)過計算可知：

　　通過以上分析可以看出，第一級程控增益放大部分不僅可以將信號幅值放大也可以將信號幅值壓縮，使得微波信號幅值始終保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。因此需要對程控增益進行設(shè)計和控制。

　　另外，由于R10非常小，且接近于Rw，所以當剛上電時，N1取128(相當于抽頭在中點)，近似有g(shù)1=1。

第二級程控增益放大部分的電路原理圖#e#第二級程控增益放大部分的電路原理圖如圖3所示(其中R21和R22為程控數(shù)字電位器R2)。

　　由圖2可以得到第二級程控放大電路的輸出電壓為：