一种可控增益带通滤波放大电路及自动增益控制方法技术

本发明专利技术提出了一种可控增益带通滤波放大电路，包括：第一粗调衰减器，其输出一级调节信号；一级放大电路，其输出一级放大信号；第二粗调衰减器，其输出二级调节信号；二级放大电路，其输出二级放大信号；细调衰减器，其接收所述二级放大信号并进行增益调节，输出三级调节信号；三级放大电路，其接收三级调节信号并进行带通滤波放大处理，输出三级放大信号。本发明专利技术的可控增益带通滤波放大电路，具有96dB动态范围的自动增益控制功能，使水声通信机具备对不同通信距离和声环境的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种可控增益带通滤波放大电路及自动增益控制方法
本专利技术属于水声设备控制
，具体地说，涉及一种可控增益带通滤波放大电路及自动增益控制方法。
技术介绍
水声通信是一项在水下收发信息的技术，是实现水下信息感知与交换的主要手段，在民用方面，它可以用于监测海洋环境，预警自然灾害，传输水下文字、语音、图像甚至视频；在军用方面，可以用于水下潜艇间及水面舰艇与潜艇间的通信、遥控水下武器等。水声通信机是一种用于水下数据交互的设备，它通常以海水为介质，传输各类传感器数据至岸站、水面浮标，或者是进行水下点对点信息传输。在水声接收机接收水声信号时，由于发射机到接收机的距离不同、发射机功率有大有小、水声信号的多径效应和频率选择性衰落等原因，使接收机换能器上接收到的信号强度相差悬殊，而且往往有很大的起伏变化（约倍），有可能在接收微弱信号时达不到信号处理所需要的幅度，而在接收强信号时造成放大电路的阻塞（非线性失真）。为此在接收机设计中必须采用自动增益控制，自动增益控制的作用是根据输入信号幅值的大小，自动调整放大器的增益，用于保证接收信号幅度的稳定。水声通信一般是在窄带上进行的，要获得信号的高信噪比，必须对通信频带之外的噪声进行滤除。滤波电路的滤波阶数越高，信号的信噪比也越高，但同时带来电路复杂、功耗高的问题，所以设计时往往会进行折衷考虑。在水声环境下通信存在的一个重要问题是：水声通信机往往长期在水下工作，电池的充电或者更换十分麻烦。所以作为值机常开的部件，前置模拟信号调理电路必须具备低功耗的特点，否则所实现的水声通信机只能作为工程样机，而不能作为产品使用。目前市面上，还没有同时满足低功耗、带自动增益控制、高阶带通滤波放大这三项功能，适用于水声通信的紧凑型前置模拟信号调理模块。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种可控增益带通滤波放大电路，具有集自动增益控制功能、高阶带通滤波放大功能、低功耗特性、小体积易集成的优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：一种可控增益带通滤波放大电路，包括：第一粗调衰减器，其接收水声换能器发送的电信号并进行第一级增益调节，输出一级调节信号；一级放大电路，其接收所述一级调节信号并进行放大处理后输出一级放大信号；第二粗调衰减器，其接收所述一级放大信号并进行第二级增益调节，输出二级调节信号；二级放大电路，其接收所述二级调节信号并进行放大处理，输出二级放大信号；细调衰减器，其接收所述二级放大信号并进行增益调节，输出三级调节信号；三级放大电路，其接收所述三级调节信号并进行带通滤波放大处理，输出三级放大信号。进一步的，所述一级放大电路为基极分压式放大电路，包括：第一NPN型三极管，其基极与基极电压调节电路连接，发射极连接有相并联的两路，其中一路通过第五电阻与地端连接，另外一路依次串联第四电容和第六电阻后与地端连接，所述第一NPN型三极管的集电极通过第三电阻与直流电源连接；第三NPN型三极管，其基极与所述第一NPN型三极管的集电极连接，集电极与直流电源连接，发射极输出放大信号；所述基极电压调节电路包括：第二NPN型三极管，其集电极依次串联第七电阻、第八电阻之后与直流电源连接，所述第一NPN型三极管的基极连接在所述第七电阻和第八电阻之间，所述第二NPN型三极管的基极其中一路与其集电极连接，另外一路连接第五电容之后与地端连接，所述第二NPN型三极管的发射极与地端连接。进一步的，所述二级放大电路的组成与所述一级放大电路的组成相同。进一步的，所述三级放大电路由多级运放电路级联组成。进一步的，所述运放电路包括：运算放大器，其反向输入端通过多重反馈带通滤波器与所述细调衰减器的输出端或者前级运放电路的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端输入偏置电压。进一步的，所述多重反馈带通滤波器包括：第一电阻，其第一端与所述细调衰减器的输出端或者前级运放电路的输出端连接;第二电容，其第一端与所述第一电阻的第二端连接；第一电容，其第一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述第一电容的第二端连接在所述第一电阻和第二电容之间；第四电阻，其第一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第二端连接；第二电阻，其第一端连接在所述第一电阻和第二电容之间，所述第二电阻的第二端与地端连接或者与偏置电压输入端连接。进一步的，所述第一粗调衰减器和第二粗调衰减器的组成相同，包括：模拟开关，其包括静触点、第一动触点和第二动触点，所述静触点为输出端，所述第一动触点与输入端连接；分压电路，其一端与输入端连接，另外一端与地端连接，所述分压电路的分压输出端与所述第二动触点连接。进一步的，所述细调衰减器包括：运放跟随器，其同相输入端通过RC滤波电路与所述二级放大电路的输出端连接，所述运放跟随器的反相输入端与其输出端连接；数字电位器，其输入端与所述运放跟随器的输出端连接，控制端与控制器连接。本专利技术同时提出了一种自动增益控制方法，包括前面任一条所记载的可控增益带通滤波放大电路，所述方法包括：对所述可控增益带通滤波放大电路的输出进行采样，当缓存存满时，将产生直接存储器访问中断，并发送至控制器，控制器对缓存进行处理并进行增益控制，控制器在采样期间保持睡眠状态；设定输出电压幅值的门限，分别为高幅值门限和低幅值门限，高幅值门限为满幅AD采样值的90%，低幅值门限为满幅AD采样值的70%。增益控制采用慢升速降方法，即在快时基上，当根据缓存计算得到的信号幅值超过高幅值门限时，将执行减小增益操作；在慢时基上，当根据缓存计算得到的信号幅值低于低幅值门限时，将执行增大增益操作，其中，快时基为5毫秒执行一次检测，慢时基为200毫秒执行一次检测。进一步的，对所述可控增益带通滤波放大电路的输出进行采样缓存步骤中，采用双缓冲机制，当新数据完成时，读设备和写设备将会交换两个缓存，双缓存机制将会提高设备的吞吐量，最终有助于避免瓶颈的产生；其中一组缓存存满时，将产生直接存储器访问中断并发送至控制器，控制器对缓存进行处理，同时将采样值存储地址切到另一组缓存。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的可控增益带通滤波放大电路，具有96dB的动态范围的自动增益控制（亦可切换至由用户主动控制）功能，使水声通信机具备对不同通信距离和声环境的适应性。这种可控增益带通滤波电路具备体积小、易于集成的特点，可作为水声通信机的通用前置信号调理模块，对于水声通信机设计模块化具有重要的价值和意义。结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，包括：/n第一粗调衰减器，其接收水声换能器发送的电信号并进行第一级增益调节，输出一级调节信号；/n一级放大电路，其接收所述一级调节信号并进行放大处理后输出一级放大信号；/n第二粗调衰减器，其接收所述一级放大信号并进行第二级增益调节，输出二级调节信号；/n二级放大电路，其接收所述二级调节信号并进行放大处理，输出二级放大信号；/n细调衰减器，其接收所述二级放大信号并进行增益调节，输出三级调节信号；/n三级放大电路，其接收所述三级调节信号并进行带通滤波放大处理，输出三级放大信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，包括：
第一粗调衰减器，其接收水声换能器发送的电信号并进行第一级增益调节，输出一级调节信号；
一级放大电路，其接收所述一级调节信号并进行放大处理后输出一级放大信号；
第二粗调衰减器，其接收所述一级放大信号并进行第二级增益调节，输出二级调节信号；
二级放大电路，其接收所述二级调节信号并进行放大处理，输出二级放大信号；
细调衰减器，其接收所述二级放大信号并进行增益调节，输出三级调节信号；
三级放大电路，其接收所述三级调节信号并进行带通滤波放大处理，输出三级放大信号。


2.根据权利要求1所述的可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，所述一级放大电路为基极分压式放大电路，包括：
第一NPN型三极管，其基极与基极电压调节电路连接，发射极连接有相并联的两路，其中一路通过第五电阻与地端连接，另外一路依次串联第四电容和第六电阻后与地端连接，所述第一NPN型三极管的集电极通过第三电阻与直流电源连接；
第三NPN型三极管，其基极与所述第一NPN型三极管的集电极连接，集电极与直流电源连接，发射极输出放大信号；
所述基极电压调节电路包括：
第二NPN型三极管，其集电极依次串联第七电阻、第八电阻之后与直流电源连接，所述第一NPN型三极管的基极连接在所述第七电阻和第八电阻之间，所述第二NPN型三极管的基极其中一路与其集电极连接，另外一路连接第五电容之后与地端连接，所述第二NPN型三极管的发射极与地端连接。


3.根据权利要求1所述的可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，所述二级放大电路的组成与所述一级放大电路的组成相同。


4.根据权利要求1所述的可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，所述三级放大电路由多级运放电路级联组成。


5.根据权利要求4所述的可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，所述运放电路包括：
运算放大器，其反向输入端通过多重反馈带通滤波器与所述细调衰减器的输出端或者前级运放电路的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端输入偏置电压。


6.根据权利要求5所述的可控增益带通滤波放大电路，其特征在于，所述多重反馈带通滤波器包括：
第一电阻，其第一端与所述细调衰减器的输出端或者前级运放电路的输出端连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英龙，郑轶，倪秀辉，巩小东，孟雍祥，袁幸杰，冯向超，李新娟，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37