一种有源双馈增益同步调理系统的制作方法

本发明涉及信号调理，尤其涉及一种有源双馈增益同步调理系统。

背景技术：

1、对于自然界各种信号，不论是常见的模拟信号，如am,fm,psk,qam等各种高速调制信号，还是类似音频、振动、工频电压电流等低频模拟信号，以及常见的各种数字信号，如rs232,rs485,can,pci等，均存在传输和识别问题，尤其是无线传输或不同系统耦合传输时，信号幅度的适配非常重要，幅度太低，会识别不到信号，或者信号质量很差，误码率高，幅度太大信号会饱和，一样不能正常通信。

2、因此在各种信号的耦合传输过程中，信号幅度的适配非常重要，有时候直接决定了系统的灵敏度指标与信噪比高低，一个良好的增益调节系统是非常重要的，直接决定了信号适配的优良特性。如在地下室，手机信号很弱，如果此时有一个很好的增益控制系统，能将微弱信号放大倍数大大提高，让其满足信号可识别范围，我们就可以在正常打电话，看视频，但是如果我们到了开阔地面仍然用很大的放大倍数，信号则会饱和，反而有通讯不上，因此需要一个检测调理系统，根据我们手机信号的强弱自动判断调节放大倍数，让使用者在各种环境，都可以最大化的利用已有的信号，让通话或上网效果更佳。

3、目前行业自动增益控制（agc）技术主要有如下几种实现方式：

4、（1）、可变增益放大器（vga，variable gain amplifier）实现动态范围，增加固定衰减器来调整动态范围的起始电平，如图1所示。（2）、电调衰减器（vva，voltage variableattenuation）实现动态范围，增加固定增益放大器来调整动态范围的起始电平，如图2所示。

5、（3）、数字式agc调节：主要为使用adc数字量化后，将信号送给mcu/cpu等处理器，处理器信号处理判断后，输出调节信号，然后通过pga调节主回路增益，如图3所示。

6、其中方式（1）通常带宽较小，频率较低，但若有满足要求的vga，则电路实现简单。（2）可实现的应用范围较广，各个频段的vva和低噪放产品数量广泛。但整体实现需要大量元器件，电路较复杂。（3）需要使用处理器参与，需要反映处理速度很快，且pga档位有限，整体复杂度也不低。agc电路根据调节信号的插入节点一般分为反馈式和前馈式两种结构；前馈式 agc 电路，检测电路输入信号幅度大小，调整增益大小；反馈式 agc 电路，检测电路输出信号幅度大小，调整增益大小。由于反馈式 agc 电路能够提供更高的线性度，它的应用更加广泛。但是前馈式 agc 电路能够应用在更宽的带宽内，而且稳定时间更短，如图4所示a为反馈式，b为前馈式。

7、现有技术中存在以下缺点：

8、1. 核心元件主要采用vga,或pga等可变增益器件实现，其可变增益均为断续形式，无法实现宽范围连续增益调节。

9、2. 调节步进有限，调节步进小于0.5db器件要么成本高，要么选型范围窄，步进进一步细分的更是难以实现或成本或复杂度较高，如常见的ad603为典型的vga器件，其内部框图如图5所示，从其框图可以看出其可调节增益值只能实现框图中指定的增益倍数或者其倍数组合，不在此预设增益范围内的数值，无法实现。

10、3. 独立的前馈式，较为灵敏，但是缺乏反馈电路，当调节不合理时难以自我纠正，反馈式，因检测回路在后级，灵敏度相对较低。

11、4. 不论是前馈式还是反馈式，因检测电路与调节回路均存在时差，而电路无相位调节单元，因此信号无法做到同步调整。

12、5. 整体电路需要集成度较高的vga、pga甚至mcu/cpu参与，复杂度和成本较高，个别领域，因频率范围要求不一样，还不一定有非常合适的可选型号，有时只能高代低使用，提高了产品造价。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有源双馈增益同步调理系统。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明提供一种有源双馈增益同步调理系统，包括：相位跟随模块、前向交流采样模块、前向级联放大模块、有源反馈模块、增益调节模块、后向交流采样模块和后向级联放大模块，所述有源反馈模块包括前向增益调节rb模块和后向增益调节rf模块；所述相位跟随模块连接增益调节模块；所述前向交流采样模块连接前向级联放大模块；所述前向级联放大模块连接前向增益调节rb模块；所述有源反馈模块连接增益调节模块；所述增益调节模块连接后向交流采样模块；所述后向交流采样模块连接后向级联放大模块；所述后向级联放大模块连接后向增益调节rf模块；当信号进入有源双馈增益同步调理系统时，分为第一信号和第二信号，第一信号进入相位跟随模块，第二信号进入前向交流采样模块，所述前向交流采样模块能够将第二信号转化为压控信号输出至前向级联放大模块，所述相位跟随模块能够补偿前向交流采样模块产生的采样延迟，将第一信号转化为相位跟随信号输出至增益调节模块；所述前向级联放大模块能够将压控信号放大得到放大信号输出到前向增益调节rb模块，所述前向增益调节rb模块能够将放大信号进行前向增益调节得到前向增益调节信号并输出到增益调节模块，此时相位跟随信号也到达增益调节模块；所述增益调节模块能够对相位跟随信号和前向增益调节信号进行增益调节后得到增益调节信号并输出到后向交流采样模块，所述后向交流采样模块、后向级联放大模块和后向增益调节rf模块构成反馈式调节，能够将增益调节信号转化为后向增益调节信号输出。

3、优选的，所述的前向交流采样模块包括：第一电阻、第二电阻、第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一电阻的第一端接收信号，第一电阻的第二端连接第二电阻的第一端和第二运算放大器的负输入端；所述第二电阻的第二端连接第二运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正输入端连接信号输入端，第一运算放大器的负输入端和输出端连接第二运算放大器的正输入端；所述第二运算放大器的输出端输出信号。

4、优选的，所述的后向交流采样模块包括：第三电阻、第四电阻、第三运算放大器和第四运算放大器；所述第三电阻的第一端接收，第三电阻的第二端连接第四电阻的第一端和第四运算放大器的负输入端；所述第四电阻的第二端连接第四运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的正输入端连接信号输入端，第三运算放大器的负输入端和输出端连接第四运算放大器的正输入端；所述第四运算放大器的输出端输出信号。

5、优选的，所述的前向级联放大模块由一个或多个线性放大单元组成；所述的后向级联放大模块由一个或多个线性放大单元组成；所述的线性放大单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第十电容、第十一电容和第一三极管；所述第十电容的第一端接收信号，第十电容的第二端连接第五电阻的第一端、第六电阻的第一端和三极管的基极；所述第五电阻的第二端连接第七电阻的第一端和电源vcc端；所述第六电阻的第二端连接地gnd端；所述三极管的集电极连接第七电阻的第二端、第十一电容的第一端并输出信号，三极管的发射极连接第八电阻的第一端；所述第八电阻的第二端连接地gnd端；所述第十一电容的第二端连接地gnd。

6、优选的，所述的第一三极管为bjt双极结型晶体管或jfet结型场效应晶体管。

7、优选的，所述的相位跟随模块为微分延迟单元或积分延迟单元。

8、优选的，所述的增益调节模块的正输入端连接前向增益调节rb模块的输入端和地gnd端，前向增益调节rb模块的输出端连接增益调节模块的负输入端和后向增益调节rf模块的输入端，后向增益调节rf模块的输出端连接增益调节模块的输出端并输出信号。

9、优选的，所述的前向增益调节rb模块包括第二十一电容、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻和第十一三极管；所述第二十一电容的第二端连接第二十一电阻的第一端、第二十二电阻的第一端和第十一三极管的基极；所述第二十二电阻的第二端连接地gnd；所述第十一三极管的集电极连接第二十三电阻的第一端，第十一三极管的发射极连接第二十四电阻的第一端；所述第二十三电阻的第二端连接第二十四电阻的第二端；所述的后向增益调节rf模块包括第三十一电容、第三十一电阻、第三十二电阻、第三十三电阻、第三十四电阻和第二十一三极管；所述第三十一电容的第二端连接第三十一电阻的第一端、第三十二电阻的第一端和第二十一三极管的基极；所述第三十二电阻的第二端连接地gnd；所述第二十一三极管的集电极连接第三十三电阻的第一端，第二十一三极管的发射极连接第三十四电阻的第一端；所述第三十三电阻的第二端连接第三十四电阻的第二端；所述的第十一三极管、第二十一三极管为bjt双极结型晶体管或jfet结型场效应晶体管。

10、本发明的有益效果是：

11、1）通过采集处理信号直接控制反馈网络方式，可调增益档位可以细分到无限多个，因为其控制环路由pn结的等效结电阻参与控制，理论变量可以小到单元电荷级别，在同样调整幅度范围内，与传统几个或几十个可调档位相比，其调节档位可以多达无限多个，从而实现真正意义上的连续性调节。

12、2）同时引入前馈及反馈网络，既提高了电路的灵敏度，又提高了环路的稳定性。

13、3）本发明引入相位跟随网络，在传统方案的前馈网络的基础上进一步增加了系统的灵敏度，因为传统的前馈调节，信号检测周期之初的那几个或多个波形周期，系统是必然无法响应的，无法反映具体的周期个数与检测单元的延迟时间有关，本发明引入跟随网络后，可以让即便第一个波形到达，检测和反馈调节电路也是可以感知和进行响应调节处理的，只要相差参数调节良好，真正可以做到同步调整。

14、4）传统技术大部分均为档位切换模式，无法实现连续性，本发明引入有源反馈网络，配合级联放大模块，良好实现宽范围连续调节。

15、5）需要多大的动态范围，配置相应阶数的线性放大单元即可，灵活可配，不受芯片限制。

16、6）本发明采用的主要器件主要为三极管、mos管等价格低廉的分离半导体器件，即便是增益调节主回路也可以使用普通的运算放大器或同类器件实现，不需要vga、pga、mcu、cpu等价格较贵的大规模专用集成器件，同条件同规模下，具有较为明显的成本优势，尤其频率逐渐升高时，此本发明优势凸显。

17、7）传统方案放大倍数与档位有关，放大后的信号不一定每个范围内信号都能落到后级系统的最优工作区内，而本发明，只要合适设置放大电路静态工作偏置点，让输入信号与放大倍数成线性反比关系，即可让被放大信号以最优增益放大落在最理想区域，本发明尤其适用于例如调频或调相的幅度时不变信号的处理中。

18、8）不仅可以应用于传统的模拟信号，还可适用于频率特性满足放大管工作带宽内的数字信号的耦合或接口电路的处理中，同时本发明所采用的双馈网络与有源反馈技术，可衍生应用到众多行业的各类信号调理中，尤其适合于各类模拟信号的自适应调理处理。