放大器功率自動控制系統(tǒng)

1、北斗功放的外部功率補償 蔡士琦1，2孫曉紅2 張曉東3高懷3（1東南大學(xué)國家ASIC系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，南京2100962蘇州科技學(xué)院，蘇州2151233蘇州英諾迅科技有限公司，蘇州215123）摘要：本文利用單片機檢測在不同溫度下的電壓，然后運用模糊控制理論改變數(shù)字衰減器的工作模式，產(chǎn)生不同程度的增益，從而達到控制放大器輸出功率的目的。實驗結(jié)果表明，當放大器工作溫度上升的到55時，雖然放大器的內(nèi)部增益會有所下降，但該控制系統(tǒng)仍然可以將放大器輸出功率保持在37dbm穩(wěn)定狀態(tài)。關(guān)鍵詞：單片機；模糊控制；自動增益控制；功率放大器External power compensation of Bei

2、Dou Power AmplifierShiqi Cai1,2, Xiaohong Sun2,Xiaodong Zhang3, Huai Gao3 (1Southeast University, Naitonal ASIC System Engineering Center, Nanjing 210096, China)(2Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215123, China)(3 Suzhou Innotion Tech. Co., Ltd., Suzhou 215123, China)Abstract:The M

3、CU is used to detect the voltage when the PA work under different temperatures.Then we make use of Fuzzy Control to change the mode of digital attenuator for generating gain to varying degrees.The test turns out that though the temprature exceed 55，the control system can still force the output power

4、 of the PA 37dbm. Keywords:MCU;Fuzzy Control;AGC;PA引言：射頻功率放大器作為北斗系統(tǒng)中一個基本的模塊，其輸出性能對于后續(xù)的應(yīng)用和用戶的體驗有很大的影響。但是一般功率放大器功耗較大 ，工作一段時間以后會出現(xiàn)溫度上升導(dǎo)致增益下降的情況，放大器的輸出功率也隨之出現(xiàn)我們并不希望看到的波動情況賴小強，李雙田. 數(shù)字閉環(huán)自動增益控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) . 網(wǎng)絡(luò)新媒體技術(shù) ISTIC ，2013, 2(3)。為了解決這個問題，我們運用已經(jīng)在雷達通信等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用Isaac Martinez G Automatic Gain Contr

5、ol ( AGC) Circuits Theory and DesignRECE1352 Analog Integrated Circuits I.Toronto: University of Toronto，2001，Patrick FCamilleri，Gerald ESobelmanDigital Automatic Gain Control for Hearing Aids La Jolla，CA: VLSI Signal Processing VII，1994: 312的自動增益控制( Automatic Gain Control，AGC) 。本文中使用的放大器為Innotion Y

6、P163137芯片，是一個工作在1.6GHz的5W功率放大器。當工作溫度上升時，PA內(nèi)部增益會減小，輸出功率也同時變小。根據(jù)這款芯片的特性我們利用模糊控制理論，將含A/D轉(zhuǎn)化功能的單片機和數(shù)字衰減器配合使用，組成一個基于放大器功率變化情況來進行工作的AGC系統(tǒng)。 1、AGC基本工作原理本文中的AGC主要目的就是當放大器的輸出功率由于PA工作溫度變化導(dǎo)致增益改變而無法維持穩(wěn)定時，可以快速的對數(shù)字衰減器進行調(diào)整，改變整個系統(tǒng)的增益，從而讓放大器的輸出功率重新回到在我們需要的范圍內(nèi)。簡單的來說，就是當放大器工作在常溫時我們設(shè)置8dB的默認衰減值，同時維持PA輸出功率在37dbm。而當放大器工作溫度上

7、升，輸出功率減小時，系統(tǒng)通過AGC系統(tǒng)來減小衰減值，從而使輸出功率變大蔡凌云，方振和，李銘祥，趙安康 ，韓建國，葛建民.自動增益控制技術(shù)應(yīng)用.電子工程師，2002年04期，重新回到37dbm。我們利用單片機的A/D輸入引腳檢測熱敏電阻的電壓值，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換并在單片機內(nèi)部進行模糊邏輯運算處理后，通過I/O口向數(shù)字衰減器發(fā)送控制命令，數(shù)字衰減器接收到指令后產(chǎn)生相應(yīng)的衰減來控制整個系統(tǒng)的增益變化。與這篇傳統(tǒng)模擬開環(huán)增益控制算法Jeon O, Fox R M Myers B A. “Analog AGC circuitry for a CMOS WLAN receiver,” IEEE J

8、.Solid-State Circuits, 2006, 41(10):2297. 來控制整個電路增益的模擬AGC電路相比較，這種全數(shù)字的AGC電路將會消耗更少的能量，并且更加容易的維持整個AGC電路的穩(wěn)定性Xie Jun ，Chi Baoyong ，Xu Yang ，Qi Nan ，Chen Lei，Chen Zhou.A low power 45-dB DR all-digital assisted AGC loop for a GNSS receiver in 0.18 um CMOS.Solid-State and Integrated Circ

9、uit Technology (ICSICT).2012 IEEE 11th International Conference on.2012,Page(s): 1-3。但目前一般的數(shù)字AGC也存在干擾噪聲大運算量大等問題。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計控制放大器增益的方法主要有兩種譚軍. 微波收信機中頻放大器的自動增益控制.西部廣播電視，2007年04期：一種是控制放大器本身的某些參數(shù),使其放大倍數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的變化；另一種是在各放大器之間插入可變衰減器,利用電調(diào)或人工的方法改變其衰減量,以實現(xiàn)增益控制。本文根據(jù)實際需要選擇第二種方式。如圖1所示，當輸入信號進入整個系統(tǒng)時，先要經(jīng)過數(shù)字衰減器PE4302

10、ds的衰減，之后再進入放大器進行放大。而當放大器工作溫度升高時，熱敏電阻會產(chǎn)生不同的電壓發(fā)送到單片機STC12C5201AD中Garate, J.I，Garate, Jose Ignacio，de Diego, J.M，De Diego, Jose Miguel，Perea, S.P，Perea, Salvadora Piedra.Mixed RF Output Power Control for Low Power Transmitters in Mobile Cellular Terminals.2006 IEEE International Symposium on Industrial

11、 Electronics.2006.pp. 2760 - 2766，該單片機含有A/D轉(zhuǎn)換功能，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)保存在單片機內(nèi)部的寄存器中。我們利用寄存器中的值進行計算處理后，用單片機其他I/O引腳發(fā)送指令到數(shù)字衰減器中，重新定義衰減值，從而改變衰減器發(fā)送到射頻功率放大器輸入端的信號強度，達到穩(wěn)定放大器輸出功率的目的。圖1：AGC系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3、算法設(shè)計及實現(xiàn)該設(shè)計中選用的數(shù)字衰減器有串行和并行兩種輸入控制字的方式，我們選用并行的方式，避免了單片機和數(shù)字衰減器的時鐘同步誤差問題。并行工作方式由一個6位控制寄存器決定，從低位到高位分別控制衰減0.5dB，1dB，2dB，4dB，8dB和16dB，

12、對應(yīng)輸入端C0.5，C1，C2，C4，C8，、和C16?？梢钥刂扑p范圍從0.5dB到31.5dB，衰減間隔為0.5dB。根據(jù)以上特性，我們選擇對輸入變量模糊化邏輯判斷的方法來編寫單片機的程序，可以達到簡潔、快速、穩(wěn)定的目的。 首先測定功率放大器在不同工作溫度時的輸出功率，并測定熱敏電阻在該溫度下相應(yīng)的電壓值，再通過單片機A/D轉(zhuǎn)換計算公式計算出單片機內(nèi)8位寄存器的值（該單片機為05V對應(yīng)0255）： （1） 然后對該值運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論，得到模糊控制訊號。最后將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號，做為數(shù)字衰減器的輸入值。這些步驟都是在單片機內(nèi)部進行處理完成的，程序主要步驟如下圖：圖2：單片機程序運行步驟4、實驗結(jié)果PA的輸出功率如圖3所示，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，當溫度上升后，雖然PA的內(nèi)部增益會減小，但是我們可以控制數(shù)字衰減器減小對輸入功率的衰減，從而提高輸出功率。將輸出功率保持在約5W的范圍內(nèi)，不會因溫度上升而受到太大的影響。