模擬自動功率控制電路的製作方法

2023-05-15 09:10:01

專利名稱：模擬自動功率控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信領域，特別涉及一種模擬自動功率控制電路。
背景技術：
在無線通信領域中，保持功率放大器恆定功率輸出具有很重要的意義。在發射電路中，若功率放大器的輸出功率過大會直接燒毀與其相連的後繼電路；同時，保持輸出功率的恆定會使功率放大器組件具有更好的溫度適應性。所以功率放大器在一定範圍內保持恆定功率輸出是大多數功率放大器設計過程中必須考慮的一個問題。所謂功率放大器在一定範圍內保持恆定輸出功率，是指假使某功率放大器電路的增益為G(dB)，且功率放大器的額定輸出功率為Poe (dBm)，那麼與Poe對應的輸入功率應為Pie(dBm) =Poe (dBm)-G (dB)。功率放大器的輸出功率在一定範圍內保持恆定，應該實現這樣的功能即當輸入功率在Pie的基礎上再增加O到APi (dBm)時，輸出功率不隨輸入功率的增加而增加，而是恆定保持在Poe (dBm)。目前實現功率恆定比較通用的方案是先對功率放大器電路的輸出功率進行數據採集，將採集數據保存到功率放大器電路模塊的存貯器當中，然後利用可編程器件對功率放大器電路進行實時控制。但是這種方法要需耗費較多的人力、物力，增加了產品的開發成本。

實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是如何提供一種模擬自動功率控制電路，以較少的人力、物力、財力為代價實現功率放大器在一定範圍內保持恆定的輸出功率。( 二)技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供一種模擬自動功率控制電路1，其包括成環形依次連接的模擬衰減器101、功率放大器102、檢波器103、電壓調節器104和濾波器 105 ；所述檢波器103，用於將所述功率放大器102的輸出功率轉換為檢波電壓後輸出給所述電壓調節器104 ；所述電壓調節器104，用於接收所述檢波電壓，對其進行運算處理後得到調節電壓，並將所述調節電壓輸出給所述濾波器105 ；所述濾波器105，用於接收所述調節電壓，對其進行濾波後得到濾波電壓，並將所述濾波電壓輸出給所述模擬衰減器101 ；所述模擬衰減器101，用於接收所述濾波電壓和外部輸入功率，並根據所述濾波電壓對所述外部輸入功率進行衰減處理後發送給所述功率放大器102。優選地，所述電壓調節器104包括第一放大器電路1041、第二放大器電路1043、 第一減法器電路1042、第二減法器電路1044、比較器電路1045和場效應管1046 ；[0014]所述第一放大器電路1041的正向輸入端與所述檢波器103的輸出端相連；所述第一減法器電路1042的負向輸入端連接所述第一放大器電路1041的輸出端，正向輸入端輸入設定電壓；所述第二放大器電路1043的正向輸入端與所述第一減法器電路1042的輸出端相連；所述第二減法器電路1044的負向輸入端接所述第二放大器電路1043的輸出端， 正向輸入端輸入所述設定電壓，輸出端與所述濾波器105相連；所述比較器電路1045的正向輸入端與所述檢波器103的輸出端相連，負向輸入端輸入參考電壓，輸出端與所述場效應管1046的基極相連；所述場效應管1046的漏級與所述第二放大器電路1043的輸出端相連，源極接地。優選地，所述檢波器為對數檢波器。優選地，所述濾波器為RC —階低通濾波器。(三)有益效果本實用新型的模擬自動功率控制電路，採用自動功率控制的方式保持功率放大器的輸出功率恆定。其避免了傳統方案繁瑣的處理過程造成的人力、物力、財力上的浪費。

圖1是本實用新型實施例所述的模擬自動功率控制電路結構圖；圖2是本實用新型實施例所述電壓調節器的電路結構圖；圖3是本實用新型實施例所述檢波器輸入功率Pd和其輸出的檢波電壓Vd的對比關係圖；圖4是本實用新型實施例所述模擬衰減器的輸入濾波電壓Vc和其模擬衰減量A 之間的對應關係圖；圖5是本實用新型實施例所述第一放大器電路結構圖；圖6是本實用新型實施例所述第一減法器電路結構圖；圖7是本實用新型實施例所述比較器電路結構圖；圖8是本實用新型實施例所述濾波器的電路結構圖。下面對圖1至圖8中的附圖標記說明如下1-模擬自動功率控制電路；101-模擬衰減器；102-功率放大器；103-檢波器； 104-電壓調節器；105-濾波器；1041-第一放大器電路；1042-第一減法器電路；1043-第二放大器電路；1044-第二減法器電路；1045-比較強電路；1046-場效應管。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。圖1是本實用新型實施例所述的模擬自動功率控制電路結構圖，如圖1所示，該模擬自動功率控制電路1包括成環形依次連接的模擬衰減器101、功率放大器102、檢波器 103、電壓調節器104和濾波器105。所述檢波器103，用於將所述功率放大器102的輸出功率Po轉換為檢波電壓Vd後輸出給所述電壓調節器104。圖3是本實用新型實施例所述檢波器103的輸入功率Pd和其輸出的檢波電壓Vd的對比關係圖。如圖3所示，輸入功率Pd和其輸出的檢波電壓Vd在虛線所圍區域內近似成線性的反比例關係。所述電壓調節器104，用於接收所述檢波電壓Vd，對其進行運算處理後得到調節電壓，並將所述調節電壓輸出給所述濾波器105。所述濾波器105，用於接收所述調節電壓，對其進行濾波後得到濾波電壓Vc，並將所述濾波電壓Vc輸出給所述模擬衰減器101。圖8是本實用新型實施例所述濾波器105的電路結構圖，其為RC—階低通濾波器。在環路中設置所述濾波器105，可以有效避免自激。所述模擬衰減器101，用於接收所述濾波電壓Vc和外部輸入功率，並根據所述濾波電壓Vc對所述外部輸入功率進行衰減處理後發送給所述功率放大器102。圖4是本實用新型實施例所述模擬衰減器101的輸入濾波電壓Vc和其模擬衰減量A之間的對應關係圖。 如圖4所示，濾波電壓Vc和模擬衰減量A，在濾波電壓Vc由圖中Vx增加至Vy過程中也近似成線性的反比例關係。由於濾波前後，電壓無變化，因此調節電壓與模擬衰減量A之間的對應關係也近似如圖4所示。所述衰減處理是指，所述模擬衰減器101將所述外部輸入功率與所述模擬衰減量A進行疊加。對比圖3和圖4可以知道通過合理控制兩圖中的檢波電壓Vd與濾波電壓Vc的對應關係，就可以實現功率放大器輸出功率的相對恆定。這一合理的對應關係是通過所述電壓調節器104來實現的。圖2是本實用新型實施例所述電壓調節器104的電路結構圖。如圖2所示，所述電壓調節器104包括第一放大器電路1041、第二放大器電路1043、第一減法器電路1042、 第二減法器電路1044、比較器電路1045和場效應管1046。所述第一放大器電路1041為經典正向輸入運算放大電路，其正向輸入端接所述檢波電壓Vd。圖5是本實用新型實施例所述第一放大器電路結構圖。如圖5所示，其運算關係為Vo= (l+Rf/Ri)*Vi。其中Vi為所述第一放大器電路1041的正向輸入電壓，即檢波電壓Vd，Vo為其輸出電壓，Ri為輸入電阻，Rf為反饋電阻，Re為平衡電阻。所述第一減法器電路1042為經典減法器電路，其負向輸入端接所述第一放大器電路1041的輸出端，其正向輸入端接設定電壓Vy。圖6是本實用新型實施例所述第一減法器電路結構圖。如圖6所示，其運算關係為Vo』 = Rf』 /Ri' (V+-VJ，其中Vo』為所述第一減法器電路1042的輸出電壓，V+為正向輸入電壓，V_為負向輸入電壓，Rf』為反饋電阻， Ri，為輸入電阻。所述第二放大器電路1043為經典正向輸入運算放大電路，其正向輸入端接所述第一減法器電路1042的輸出端。所述第二放大器電路1043的電路結構圖與所述第一放大器電路1041相同。所述第二減法器電路1044為經典減法器電路，其負向輸入端接所述第二放大器電路1043的輸出端，其正向輸入端接所述設定電壓，其輸出端接所述濾波器105。所述第二減法器電路1044的電路結構圖與所述第一減法器電路1042相同。所述第一放大器電路1041、第二放大器電路1043、第一減法器電路1042和第二減法器電路1044(以下合稱四級自動控制電路)的工作原理如下在功率放大器102的輸出功率Po增加到最低起控點Pomin，也就是額定功率Poe之前，濾波電壓Vc的值應該保持在它的最高點Vcmax，它等於圖4中的Vy點。這樣就使得模擬衰減器101的模擬衰減量A在自動控制電路起控前保持最小。在功率放大器102的輸出功率Po從最低起控點Pomin上升到最高控制點Pomax的過程中，檢波電壓Vd從它的最大值Vdmax降低到Vdmin。相應得，四級自動控制電路中第一放大器電路1041的輸出電壓從Vlmax降低到Vlmin ；第一減法器電路1042的輸出電壓從V2min上升到V2max ；第二放大器電路1043的輸出電壓從V;3min上升到V3max ；第二減法器電路1044的輸出電壓，也就是濾波電壓Vc (濾波電壓Vc等於調節電壓)，從Vcmax (即Vy)降低到Vcmin (比如說圖4中的Vz)。根據圖4所示的對應關係，模擬衰減器的衰減量在這一過程中也逐漸加大。電壓 Vz的值選取合適時，即濾波電壓Vc的變化範圍選取合適時，就可以實現外部輸入功率的增加量與模擬衰減器101的模擬衰減量A相等，從而使功率放大器102的輸出功率保持恆定。 這裡假設Vz至Vy範圍是濾波電壓Vc合適的變化範圍，所述濾波電壓Vc合適的變化範圍可以通過下面的方案來實現。通常情況下，檢波器103輸出的檢波電壓Vd的值較小(不足1伏)，而且變化範圍也較小，而模擬衰減器101接收的濾波電壓Vc的值較大(十幾伏)而且變化範圍也較大。四級自動控制電路的功能就是實現檢波電壓Vd與濾波電壓Vc之間的匹配。第一放大器電路1041的作用就是將檢波電壓Vd的值放大，其放大標準是使它的輸出電壓的最大值 Vlmax達到設定電壓Vy。第一減法器電路1042的作用是用設定電壓Vy，減去第一放大器電路1041的輸出電壓。由於第一放大器電路1041輸出電壓的最大值是Vy，所以當第一放大器電路1041的輸出電壓從Vy降低到0時，第一減法器電路1042的輸出電壓從0上升到 V2max,即Vy。第二放大器電路1043的作用是將第一減法器電路1042輸出電壓的變化範圍放大，其放大標準是使它的輸出電壓的最大值V3maX達到Vy-Vz。當然在此過程中，其輸出電壓的最小值始終保持在0。第二減法器電路1044的作用是用外部提供的設定電壓Vy，減去第二放大器電路1043的輸出電壓，這樣就可以使第二減法器電路1044的輸出電壓，即調節電壓，也即濾波電壓Vc，在所述合適的變化範圍Vy至Vz之間變化。所述比較器電路1045，其正向輸入端接所述檢波電壓Vd，其負向輸入端接參考電壓Vr，其輸出端接所述場效應管1046的基極。圖7是本實用新型實施例所述比較器電路結構圖。如圖7所示，其運算關係為當V+』大於V_』，Vo」輸出高電平；當V+』小於V_』，Vo」 輸出低電平。所述場效應管1046，其漏級接所述第二放大器電路1043的輸出端，其源極接地。所述場效應管1046的工作原理如下當功率放大器102輸出功率小於額定輸出功率Poe時，檢波器103輸出的檢波電壓Vd大於起控參考電壓Vr，比較器電路1045輸出為高電平，場效應管1046打開，漏極與地短路，此時檢波器103輸出檢波電壓Vd雖然經第一放大器電路1041、第一減法器電路1042、第二放大器電路1043的處理，但是第二放大器電路 1043的輸出被場效應管1046直接短路到地。因此，第二減法器電路1044的負向輸入電壓為0V，其輸出電壓為設定電壓Vy減去0V，這樣就使其輸出電壓恆定保持在Vy。當功率放大器102輸出功率超過額定輸出功率Poe時，檢波器103輸出檢波電壓Vd小於起控參考電壓 Vr,比較器電路1045輸出為低電平，此時場效應管1046關閉，第二放大器電路1043的輸出不再受場效應管1046的影響，電壓調節器104起效。本實用新型實施例，採用上述模擬自動功率控制電路可以使功率放大器的輸出功率在一定範圍內保持相對的恆定。在以工作頻率為400MHz、增益為40dB的功率放大器電路實驗中，在外部輸入功率增加IOdB的過程中，功率放大器在本實用新型實施例所述模擬自動功率控制電路的作用下，輸出功率只增加了 0. 66dB，基本保持不變。電路完全滿足應用要求。優選地，所述檢波器103為通用對數檢波器；所述濾波器105為RC —階低通濾波器；所述模擬衰減器101為通用II型衰減器。以上實施方式僅用於說明本實用新型，而並非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本實用新型的範疇，本實用新型的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種模擬自動功率控制電路，其特徵在於，該電路包括成環形依次連接的模擬衰減器(101)、功率放大器(102)、檢波器(103)、電壓調節器(104)和濾波器(105)；所述檢波器(103)，用於將所述功率放大器(102)的輸出功率轉換為檢波電壓後輸出給所述電壓調節器(104)；所述電壓調節器(104)，用於接收所述檢波電壓，對其進行運算處理後得到調節電壓， 並將所述調節電壓輸出給所述濾波器(105)；所述濾波器(105)，用於接收所述調節電壓，對其進行濾波後得到濾波電壓，並將所述濾波電壓輸出給所述模擬衰減器(101)；所述模擬衰減器(101)，用於接收所述濾波電壓和外部輸入功率，並根據所述濾波電壓對所述外部輸入功率進行衰減處理後發送給所述功率放大器(102)。
2.如權利要求1所述的模擬自動功率控制電路，其特徵在於，所述電壓調節器(104)包括第一放大器電路(1041)、第二放大器電路(1043)、第一減法器電路(1042)、第二減法器電路(1044)、比較器電路(1045)和場效應管(1046)；所述第一放大器電路(1041)的正向輸入端與所述檢波器(10 的輸出端相連； 所述第一減法器電路(104 的負向輸入端連接所述第一放大器電路(1041)的輸出端，正向輸入端輸入設定電壓；所述第二放大器電路(104 的正向輸入端與所述第一減法器電路(104 的輸出端相連；所述第二減法器電路(1044)的負向輸入端接所述第二放大器電路(104 的輸出端， 正向輸入端輸入所述設定電壓，輸出端與所述濾波器(10 相連；所述比較器電路(104 的正向輸入端與所述檢波器(10 的輸出端相連，負向輸入端輸入參考電壓，輸出端與所述場效應管(1046)的基極相連；所述場效應管(1046)的漏級與所述第二放大器電路(104 的輸出端相連，源極接地。
3.如權利要求1所述的模擬自動功率控制電路，其特徵在於，所述檢波器為對數檢波器。
4.如權利要求1所述的模擬自動功率控制電路，其特徵在於，所述濾波器為RC—階低通濾波器。
專利摘要本實用新型公開了一種模擬自動功率控制電路，主要涉及無線通信領域。該電路包括成環形依次連接的模擬衰減器、功率放大器、檢波器、電壓調節器和濾波器；所述檢波器，用於將所述功率放大器的輸出功率轉換為檢波電壓後輸出給所述電壓調節器；所述電壓調節器，用於接收所述檢波電壓，運算處理後得到調節電壓後輸出給所述濾波器；所述濾波器，用於接收所述調節電壓，對其進行濾波後得到濾波電壓後輸出給所述模擬衰減器；所述模擬衰減器，用於接收所述濾波電壓和外部輸入功率，進行衰減處理後發送給所述功率放大器。該模擬自動功率控制電路，採用自動功率控制的方式保持功率放大器的輸出功率恆定，避免了傳統方案造成的人力、物力、財力上的浪費。
文檔編號H03G3/20GK201985821SQ20112004112
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者吳雷, 馬曉剛 申請人:北京七星華創電子股份有限公司