前饋式ALC環(huán)路介紹及應(yīng)用

作者/管宏，中國電子科技集團(tuán)公司第41研究所

文章摘要：本文對比分析了前饋式ALC環(huán)路相對于普通ALC環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)，并介紹了前饋式ALC環(huán)路在信號源中的應(yīng)用方法

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前饋式ALC環(huán)路介紹及應(yīng)用

作者/管宏，中國電子科技集團(tuán)公司第41研究所

文章摘要：本文對比分析了前饋式ALC環(huán)路相對于普通ALC環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)，并介紹了前饋式ALC環(huán)路在信號源中的應(yīng)用方法

關(guān)鍵詞：ALC；調(diào)制器；檢波器；積分器量

1.前饋式ALC環(huán)路

隨著信號源實(shí)際應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，我們逐漸發(fā)現(xiàn)了普通的ALC系統(tǒng)的一些限制，其中主要限制有四個(gè)方面：第一，穩(wěn)幅滯后于電平控制信號的變化；第二，ALC環(huán)路帶寬限制其調(diào)幅帶寬；第三，受檢波器檢波靈敏度限制，調(diào)幅動(dòng)態(tài)范圍也不可能大；第四，由于ALC系統(tǒng)的伺服作用脈沖調(diào)制功能的實(shí)現(xiàn)，必須使ALC環(huán)的開環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)和脈沖開關(guān)一致，否則就會(huì)引起混亂。因此脈沖調(diào)制器必須放在ALC環(huán)路外面，無法保證脈沖調(diào)制時(shí)的功率電平準(zhǔn)確度。因此我們便引入了前饋式ALC系統(tǒng)。

前饋式ALC系統(tǒng)其參考和調(diào)幅信號一路到求和比較器外，另外一路與調(diào)幅信號求和后直接對PIN調(diào)制器進(jìn)行預(yù)調(diào)制，這樣AM帶寬就可以不受環(huán)路帶寬限制。

由于參考信號預(yù)先對調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，而信號經(jīng)過調(diào)制器、檢波器等微波器件后有一定延時(shí)，為使參考信號和檢波信號一致，在參考和檢波放大信號求和前有一延時(shí)網(wǎng)絡(luò)。延遲電路使參考信號和受控微波電平檢波信號的變化同步到達(dá)環(huán)路積分保持器前的反向求和電路，其微小差值再通過積分負(fù)反饋電路進(jìn)一步修正微波功率電平，從而解決了從電平控制信號變化到微波功率受控變化的延遲問題。

由于檢波器的檢波靈敏度限制，當(dāng)深度調(diào)幅時(shí)，即使PIN調(diào)制器能使信號產(chǎn)生較大的衰減，但檢波輸出卻無法正確反映，因此難以得到正確的深度調(diào)幅信號，前饋式ALC環(huán)中，利用一個(gè)檢波下限比較器，在檢波信號小于－13dBm時(shí)開關(guān)打開，利用當(dāng)前保持的誤差電壓和調(diào)幅信號進(jìn)行控制，由于在調(diào)制器高端線性很好，所以能得到很精確的深度調(diào)幅信號。

另外，在前饋式ALC控制中，積分器的取樣保持開關(guān)與脈沖調(diào)制信號同步動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了載波脈沖斷續(xù)情況下穩(wěn)幅的連續(xù)性，從而保證了脈沖調(diào)制狀態(tài)下載波的電平準(zhǔn)確度。

2.基于前饋式ALC環(huán)路設(shè)計(jì)在AV1464中的應(yīng)用

AV1464信號源中ALC環(huán)路的實(shí)現(xiàn)方案如圖1，定向耦合器與檢波器從RF通路中耦合出檢波信號，將其轉(zhuǎn)化成一個(gè)直流電壓。耦合出的信號是按照已知的比例從RF信號中得到，因此利用檢波器轉(zhuǎn)化出來的直流檢波電壓是實(shí)時(shí)反映RF通路中功率大小。檢波電壓經(jīng)過放大與環(huán)路提供的參考電壓相比較進(jìn)行積分，攜帶誤差信息的積分電壓用來驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路，通過調(diào)節(jié)調(diào)制器的衰減來控制RF功率。因此，在ALC環(huán)路閉合時(shí)，輸出信號電平能夠一直被監(jiān)控，通過調(diào)節(jié)調(diào)制二極管，輸出所需的RF電平信號。參考電壓是由CPU根據(jù)設(shè)置的RF輸出功率電平及各種參數(shù)計(jì)算后，控制DAC電路產(chǎn)生的。

圖1　AV1464前饋式ALC環(huán)路框圖

檢波輸入放大電路由檢波輸入選擇電路、十倍放大電路、檢波帶寬選擇電路、對數(shù)放大電路、對數(shù)放大補(bǔ)償電路組成。檢波輸入選擇電路通過開關(guān)切換，分別按照設(shè)置將高波段檢波信號、數(shù)字下變頻波段檢波信號、外部檢波信號以及源模塊檢波信號引入到ALC環(huán)路中，實(shí)現(xiàn)各種檢波模式下的自動(dòng)電平控制。送入ALC環(huán)路中的各路檢波電壓中，高波段檢波信號與外檢波信號需要進(jìn)行十倍放之后，再與數(shù)字下變頻波段檢波信號、源模塊檢波信號一起進(jìn)入檢波通路開關(guān)選擇電路，通過開關(guān)選擇的檢波信號經(jīng)過檢波帶寬選擇電路之后送入對數(shù)放大電路，進(jìn)行非線性到線性的轉(zhuǎn)換及信號放大后，攜帶RF功率電平變化信息且與RF功率變化成線性比例的電壓信號，被送入ALC環(huán)路中的求和積分電路。另外，這一模塊中的DAC電路為對數(shù)放大電路提供對數(shù)放大時(shí)所必需的偏置及拐點(diǎn)等補(bǔ)償信息。

AM及功率參考電路中包括對數(shù)AM通路、線性AM通路、AM輸入開關(guān)選擇電路、功率參考DAC、求和電路。AM信號經(jīng)緩沖后由模擬開關(guān)輸入，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)信號直接輸入到求和電路，實(shí)現(xiàn)對數(shù)AM功能。另一路開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，信號經(jīng)對數(shù)變換放大后形成線性AM輸入送入求和電路。功率參考DAC是由CPU根據(jù)當(dāng)前設(shè)置功率電平及各種參數(shù)直接計(jì)算出數(shù)據(jù)，送入D/A轉(zhuǎn)換器件中產(chǎn)生功率參考電壓。功率參考電路中提供了帶有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷?，?shí)時(shí)監(jiān)測功率參考電路的工作溫度，同樣可以起到穩(wěn)定RF輸出功率的作用。

由于AM功能的調(diào)幅深度受檢波二極管限制，AM帶寬受到ALC環(huán)路的延時(shí)限制，為提高調(diào)幅性能，該方案中具有一個(gè)前饋支路將AM信號直接與誤差電壓相加去控制調(diào)制器，當(dāng)AM信號使輸出功率小到檢波管的低限時(shí)，前饋控制信號使積分環(huán)路開環(huán)，前饋DAC功率參考根據(jù)測得開環(huán)時(shí)積分電壓，與AM求和后，送出帶有調(diào)制信息的一定值電壓來控制調(diào)制器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅及功率控制，以此提高AM深度。

環(huán)路控制、積分電路包括功率參考與檢波輸入求和電路、開/閉環(huán)控制電路、積分及帶寬選擇電路等。在這里，檢波輸入放大電平與功率參考電平求和，得到ALC環(huán)路的誤差信號，誤差信號經(jīng)過積分后去驅(qū)動(dòng)線性調(diào)制器，以達(dá)到調(diào)節(jié)功率輸出的目的。ALC環(huán)路的打開、閉合是由開閉環(huán)控制邏輯、脈沖同步邏輯、RF輸出控制等邏輯電平來同步組合實(shí)現(xiàn)。

3.結(jié)束語

在上文中主要討論了前饋式ALC環(huán)路的特性，以及前饋式ALC環(huán)路在AV1464信號源中的應(yīng)用。