一种基于可编程衰减器的宽带程控移相电路制造技术

本发明专利技术涉及了一种基于可编程衰减器的高稳定性宽带程控移相电路。该系统包括：移相网络，基于可编程衰减器的程控低通滤波器。有益效果：和传统的基于压控增益放大器的程控移相电路相比较，本发明专利技术电路具有工作频率带宽大，移相精度高，输出波形噪声小，失真小，电路稳定，不易自激等优点。不易自激等优点。不易自激等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可编程衰减器的宽带程控移相电路


[0001]本专利技术涉及一种程控移相器系统，特别涉及一种基于可编程衰减器的宽带程控移相电路。

技术介绍

[0002]在射频通信、模拟电子等领域，移相技术一直受到广泛应用。通过移相技术，可以完成正交调制，相控阵等各种功能。
[0003]很多移相应用涉及在一定的频率范围内，进行固定或可控的相移，而传统的移相网络对不同的频率点移动的相位不同。所以需要在电路工作时动态地改变移相网络的参数，才能实现可控的相移。
[0004]低频程控移相器可以通过ADC采样将模拟信号转换到数字域中进行数字移相，再通过DAC转换成模拟信号的方法来实现；也可以通过数字电位器代替固定电阻，通过MCU控制电位器阻值来等效可控电阻的方法实现移相。但是前者具有响应速度慢，工作频率较低的缺点；后者有噪声大，调整精度不高，当工作频率变高时电阻取值将极小，以至工作频率很难扩展到高频段的缺点。对于一些移相网络中包含的低通结构，可以考虑使用程控低通滤波器来实现可控相移。传统的程控低通滤波器中一般使用可控增益放大器(VGA)来调整增益，进而实现对滤波器截止频率的控制，但在电路的实际测量过程中发现使用可控增益放大器具有成本高、噪声大、带宽不够大、易自激的缺点，限制了程控移相器电路在高频段范围的应用。
[0005]另一方面，在当前已广泛使用的程控移相器电路中，用于增益控制单元的压控增益放大器被广泛采用，例如使用芯片VCA810构成压控增益放大器，可实现
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40dB到+40dB的增益控制范围。但使用压控增益放大器时存在以下的一些缺点：1)需要用一个DAC来产生直流控制电压去调整压控放大器的增益，增加了电路的复杂性。2)此类压控增益放大器的输入输出动态范围不够大(如 VCA810的输出信号最大摆幅一般不超过3V峰峰值，如使用VCA821，则输入信号的动态范围收到外接增益电阻的限制，一般也不够大)，因此程控移相器电路在实测时的相位调整范围达不到理论计算值，并且容易出现输出波形失真的现象。3)压控增益放大器对直流控制电压的纹波和噪声有一定的限制要求，在实际测试过程中发现，使用压控增益放大器作为可控增益单元的程控移相器电路有时候会出现自激振荡，有时输出波形会产生相对较大的噪声。4)增益控制带宽或者输入输出信号的动态范围较小，压控增益放大器芯片VCA810的增益控制带宽约为25MHz，如果使用压控增益放大器芯片VCA821，带宽可以超过100MHz，但是增益控制范围一般只有40dB。

技术实现思路

[0006]本专利技术设计一种基于可编程衰减器的宽带程控移相电路，工作频率可以从低频段到扩展到10MHz及以上，在超过十倍频程(通过调节RC阻容参数)的频率范围中实现单频正弦波的精准90度移相(常用于通信系统中的IQ基带信号正交合成)和受控的任意相位移相，
具体技术方案如下：
[0007]所述宽带程控移相电路，包括：
[0008]移相网络电路，包含相级联的两个运算放大器，初级运算放大器将输入信号分成两路，一路通过可控低通滤波器进入第二级运算放大器的同相输入端，另一路通过一个分压电阻接入第二级运算放大器的反相输入端，第二级运算放大器的输出端和反相输入端之间接有第一反馈电阻；
[0009]可控低通滤波器，包括：有源RC滤波器、可控增益单元、第一反相放大器以及第二反相放大器，有源RC滤波器通过第一反相放大器与可控增益单元相连，可控增益单元的输出端一路通过第二反馈电阻与第一反相放大器的反相输入端相连，可控增益单元通过控制增益改变通过所述第二反馈电阻的电流，另一路连接第二反相放大器。
[0010]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，所述可控增益单元由可编程衰减器与固定增益放大器级联组成，所述可控衰减器与固定增益放大器均为一级或两级的级联形式。
[0011]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，所述有源RC滤波器为一阶RC 滤波器，当有源RC滤波器的RC取值固定时，所述宽带程控移相电路对不同频率的输入信号产生不同的相移；当有源RC滤波器的RC取值可调时，通过调整可控增益单元的放大倍数A，使所述宽带程控移相电路对不同频率的输入信号产生的相移相同。
[0012]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，当输入信号幅度超过可控增益单元达到最大增益所允许的输入最大幅度时，可控增益单元的第一级为可编程衰减器，第二级为固定增益放大器的级联形式；当输入信号的电压小于50mV时，可控增益单元的第一级为固定增益放大器，第二级为可编程衰减器的级联形式。
[0013]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，所述分压电阻与第一反馈电阻的阻值相同。
[0014]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，移相网络电路输入时采用一个电压跟随器进行阻抗变换，使移相网络电路的输入阻抗为高阻。
[0015]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，可编程衰减器、固定增益放大器均为1个或两个。
[0016]所述宽带程控移相电路的进一步设计在于，可编程衰减器使用芯片PE4302。
[0017]本专利技术优点：
[0018]本专利技术的基于可编程衰减器的宽带程控移相电路在实测时根据输入信号的不同频率段范围，对可控低通滤波器选择了两组不同的固定RC参数取值。当实现精准90
°
移相时，对应第一组固定RC参数的程控移相电路工作频率范围为 500Hz到5KHz；对应第二组固定RC参数的程控移相电路工作频率范围为 500KHz到5MHz；对于固定的RC参数，程控移相电路可以在十倍频程的频率范围内实现单频正弦波的精准90度移相。
[0019]和传统的的程控移相电路相比较，本专利技术电路具有工作频率带宽大，移相精度高，输出波形噪声小，失真小，电路稳定，不易自激等优点。
[0020]在本专利技术中使用可编程衰减器与固定增益放大器级联来代替压控增益放大器的方案具备以下优点：1)无需使用DAC来产生直流控制电压，可以用单片机直接设置可编程衰减器的衰减值来实现增益可控单元，简化了电路设计。2)可编程衰减器的输入输出动态范
围更大(例如使用可编程衰减器使用PE4302芯片可以获得9V峰峰值的输入动态范围，因此程控移相器电路在实测时的相位调整范围更接近理论计算值，并且不容易出现输出波形失真的现象。3)由于无需产生直流控制电压，并且使用可编程衰减器不会产生电路自激，因此使用本专利技术方案的程控移相电路实际测试过程始终没有发现电路自激现象；同时可编程衰减器衰减小信号时产生的噪声也较小，因此实测过程中发现电路的输出波形噪声更小。4)以可编程衰减器PE4302为例，输入信号的带宽可以超过1GHz，程控移相器电路中的其它运放如果都使用高速宽带运放，则可以大大扩展程控移相器电路的工作带宽。本专利技术设计的程控移相器电路在实测中实现90
°
相移时的最高工作频率可达5MHz(使用的运放型号为opa820)，高于使用压控增益放大器VCA810 构成的程控移相电路带宽。(实测工作频率为5MHz时的移相范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带程控移相电路，包括：移相网络电路，包含相级联的两个运算放大器，初级运算放大器将输入信号分成两路，一路通过可控低通滤波器进入第二级运算放大器的同相输入端，另一路通过一个分压电阻接入第二级运算放大器的反相输入端，第二级运算放大器的输出端和反相输入端之间接有第一反馈电阻；可控低通滤波器，包括：有源RC滤波器、可控增益单元、第一反相放大器以及第二反相放大器，有源RC滤波器通过第一反相放大器与可控增益单元相连，可控增益单元的输出端一路通过第二反馈电阻与第一反相放大器的反相输入端相连，可控增益单元通过控制增益改变通过所述第二反馈电阻的电流，另一路连接第二反相放大器。2.根据权利要求1所述的宽带程控移相电路，其特征在于所述可控增益单元由可编程衰减器与固定增益放大器级联组成，所述可控衰减器与固定增益放大器均为一级或两级的级联形式。3.根据权利要求2所述的宽带程控移相电路，其特征在于所述有源RC滤波器为一阶RC滤波器，当有源RC滤波器的RC取值固定时，所述宽带程控移相...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩航，姜乃卓，樊丹婷，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：