【无线射频电路】-微波检波信号增益控制方案

----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----微波检波信号增益控制方法(1)本文采纳微处理器MSP430F149掌握带8位易失性存储器的四路SPI数字电位器MCP4351组成三级级联放大电路，实现了对微波检波信号放大增益的自动掌握。此方法工作效率高，适合宽动态范围的增益掌握。下边分别从硬件电路设计、软件设计思路及总体实现方法等方面进行分析。1增益自动掌握系统框架设计

智能微波开关接收部分对接收到的微波检波器输出信号进行前置固定增益(增益约为1)放大以及滤波以后，通过三级程控放大电路放大，将信号幅值放大到要求的范围，再由后续电路进行解调和处理。放大器级联模型如图1所示。

为了适应宽动态范围的应用，放大器的增益掌握必需足够的敏捷。当输入幅值特殊小的时候，放大电路要能够将小幅值信号放大到要求的范围内;当输入幅值特殊大的时候，放大电路还应当能够将大幅值信号压缩。因此，第一级放大电路的设计最关键，要求对信号既可以放大也可以压缩。而其次级和第三级放大电路仅具有放大力量就可以满意实际应用要求。

2增益自动掌握电路硬件设计

依据宽动态范围检波器输出信号的特点(输出信号约为500μV～2.75V)，本文设计的第一级程控增益放大电路要适应如此宽动态范围信号的放大，同时又能够滤除噪声，故采纳集成运放、程控数字电位器和电容组成了反相输入的一阶低通滤波电路，同时还具有增益调整功能，微处理器可以通过程序掌握此电路的增益。所设计的第一级程控增益放大部分的电路原理图如图2所示(其中中R11和R12为程控数字电位器R1)。

对图1进行分析，可以得到第一级程控放大电路的输出电压为：

在实际电路中，选用的集成放大器为LM6154，它是四路高速低功耗集成运放。选用的数字电位器为MCP4351，它是带易失性存储器的8位四路数字电位器。其电阻调整的步长为：

式中：N1为0～256之间的十进制整数;Rw为电位器抽头阻值(75Ω)。

经过计算可知：

通过以上分析可以看出，第一级程控增益放大部分不仅可以将信号幅值放大也可以将信号幅值压缩，使得微波信号幅值始终保持在适当的范围内。因此需要对程控增益进行设计和掌握。

另外，由于R10特别小，且接近于Rw，所以当刚上电时，N1取128(相当于抽头在中点)，近似有g1=1。

其次级程控增益放大部分的电路原理图#e#其次级程控增益放大部分的电路原理图如图3所示(其中R21和R22为程控数字电位器R2)。

由图2可以得到其次级程控放大电路的输出电压为：

由于第三级放大电路与其次级放大电路的电路形式相同，故第三级程控放大电路增益为：

依据所选数字电位器MCP4351的参数，结合电路的形式，在保证信号不失真的状况下，可以得出程控放大电路各级输出电压范围为：

在如此宽的动态范围内，如何安排各级增益才能使整个放大电路的输出信号幅值达到最佳值?在试验中，先后采纳了两种方法安排各级增益。

第一种方法是三级增益同步调整(同大同小)，由于各级输出电压的限制，导致增益可调范围变窄。假如同时调的过大，则总增益过大，从而将造成信号幅值太大引起失真;假如调的太小，总增益就变得很小，造成信号难以被检测出来。

其次种方法是将第一级增益与后两级增益分开调整。由于第一级增益的变化范围大，既可以将微波检波信号放大又可以将其压缩，所以第一级放大电路在整个三级放大电路中起到关键作用。其次级和第三级电路形式完全相同，这两级放大电路只能将信号幅值放大。因此，在总增益不变的状况下，先调整其次级和第三级增益，当这两级增益确定后，再依据需要调整第一级增益。

其次级和第三级放大电路的增益公式相同，为了提高调整效率，将其次级和第三级增益进行同步调整，即g3=g2。故总增益为：

因此，只要先确定出g2，就可以很便利地得到g1的值。这种方法有效地解决了第一种方法中存在增益调整范围小的缺点。

各级增益计算步骤为：

(1)将总增益G线性等分成4096级(灵敏度A/D采样位数为12位);

(2)再依据式(13)和式(14)所确定的各级增益范围，对应每级的G确定出每级g2的值，并依据式(9)确定出其次、三级放大电路数字电位器刀口位置调整值N2和N3;

(3)g2确定后，依据式(16)即可得出每级g1的值，进而依据式(4)计算出第一级放大电路数字电位器刀口位置调整值N1。

3增益自动掌握软件设计

制作软件时，将计算好的各级放大器对应的比例值N21，N2和N3做成表存入处理器MSP430F149中，以备调整时由处理程序查找。系统工作时，通过调整灵敏度旋钮掌握总增益G，当灵敏度旋钮被调到一个值后，MSP430F149读取灵敏度值得出对应的总增益值，通过查表方式得到各级数字电位器放大比例值N1，N2和N3，并将其输出给MCP4351的各存储器，MCP4351再根据存储器中N1，N2和N3的值调整数字电位器，转变反馈电阻阻值，从而实现增益调控。

4结论

本文设计的三级级联放大电路应用于智能微波开关接收部分的增益掌握电路，实现了对微波解调信号增益的动态掌握。在多级增益安排过程中，局部增益线性安排，其余根据约束方程计算，并形成增益安排表，供C