微波检波信号增益控制方法

 

　　本文采用微处理器MSP430F149控制带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控制。此方法工作效率高，适合宽动态范围的增益控制。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 增益自动控制系统框架设计

　　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，放大器的增益控制必须足够的灵活。当输入幅值特别小的时候，放大电路要能够将小幅值信号放大到要求的范围内;当输入幅值特别大的时候，放大电路还应该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。而第二级和第三级放大电路仅具有放大能力就可以满足实际应用要求。

　　2 增益自动控制电路硬件设计

　　根据宽动态范围检波器输出信号的特点(输出信号约为500μV～2.75 V)，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，故采用集成运放、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，同时还具有增益调节功能，微处理器可以通过程序控制此电路的增益。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。其电阻调节的步长为：

　　

 

　　式中：N1为0～256之间的十进制整数;Rw为电位器抽头阻值(75 Ω)。

　　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控制。

　　另外，由于R10非常小，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。