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自动幅度控制环路及其控制方法.pdf

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自动 幅度 控制 环路 及其 方法
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摘要
申请专利号:

CN201210199741.8

申请日:

2012.06.15

公开号:

太阳城集团CN102723922B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H03G 3/20申请日:20120615|||公开
IPC分类号: H03G3/20 主分类号: H03G3/20
申请人: 钜泉光电科技(上海)股份有限公司
发明人: 马侠; 荀本鹏; 刘飞; 栗成智
地址: 201203 上海市浦东新区张江高科技园区张东路1388号16栋
优先权:
专利代理机构: 上海一平知识产权代理有限公司 31266 代理人: 成春荣;竺云
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210199741.8

授权太阳城集团号:

太阳城集团102723922B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2012.12.05|||2012.10.10

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及电力线载波通信领域,公开了一种自动幅度控制环路及其控制方法。本发明中,采用自动幅度控制环路对功率放大器的输出功率进行自适应控制,对功率放大器的控制更加精确和灵活,在功率放大器的输出功率和高线性度之间更好地平衡,可以保证电力线载波通信系统得到恒功率的输出,有效提高电力线载波通信系统的通信质量。采用两路模数转换器,使自动幅度控制电路在数字域进行处理,可以灵活地配置自动幅度控制电路的各种参数,提高了自动幅度控制电路控制的精度和动态范围。

权利要求书

权利要求书
1.  一种自动幅度控制环路,其特征在于,包括功率放大器、自动幅度控制电路和可变增
益放大器;自动幅度控制电路,用于将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根
据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器;可变增益放大器,用于根据自动幅度控制电路输出的控制码,对发送信号的幅度进行
调整,并将调整后的信号发送给功率放大器。

2.  根据权利要求1所述的自动幅度控制环路,其特征在于,所述自动幅度控制电路中包括:
电流通道模数转换器、电压通道模数转换器、第一低通滤波器、乘法器、第二低通滤波器、比较器和积分器;
电流通道模数转换器,用于将功率放大器输出的电流信号转换成数字信号;电压通道模数转换器,用于将功率放大器输出的电压信号转换成数字信号;第一低通滤波器,用于将电流通道模数转换器和电压通道模数转换器输出的信号进行
低通滤波;乘法器,用于将第一低通滤波器输出的电压信号和电流信号相乘,得到功率放大器的
输出功率;第二低通滤波器,用于将乘法器输出的功率信号进行低通滤波;比较器,用于将第二低通滤波器输出的信号与预设的目标功率进行比较;积分器,用于根据比较器输出的结果进行积分并输出相应的控制码给可变增益放大
器。

3.  根据权利要求2所述的自动幅度控制环路,其特征在于,还包括:数模转换器和第三
低通滤波器;数模转换器,用于实现发送信号的数模转换,并将转换后的信号输出给第三低通滤波
器;第三低通滤波器,用于将数模转换器输出的信号进行低通滤波,滤除带外噪声,并将滤
波后的信号输出给可变增益放大器。

4.  根据权利要求3所述的自动幅度控制环路,其特征在于,还包括:缩放电路,连接在功率放大器和自动幅度控制电路之间,用于将功率放大器输出的电压信号和电流信号缩放后输入到自动幅度控制电路中。

5.  根据权利要求4所述的自动幅度控制环路,其特征在于,所述缩放电路中包括:变压器电路、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和电压参考;
功率放大器的输出端通过变压器电路和第四电阻接地;功率放大器的输出端通过第一电容和第一电阻与自动幅度控制电路的电压通道模数
转换器连接;电压参考通过第二电阻与自动幅度控制电路的电压通道模数转换器连接;第四电阻的非接地端通过第二电容与自动幅度控制电路的电流通道模数转换器连
接;电压参考通过第三电阻与自动幅度控制电路的电流通道模数转换器连接。

6.  根据权利要求5所述的自动幅度控制环路,其特征在于,所述功率放大器为AB类功
率放大器。

7.  根据权利要求6所述的自动幅度控制环路,其特征在于,该自动幅度控制环路,应用于电力线载波通信系统中。

8.  一种自动幅度控制环路的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:自动幅度控制电路将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较
结果输出相应的控制码给可变增益放大器;可变增益放大器根据所述控制码对发送信号的幅度进行调整,并将调整后的信号发送
给功率放大器。

9.  根据权利要求8所述的自动幅度控制环路的控制方法,其特征在于,在所述自动幅度控制电路将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器的步骤中,包括以下子步骤:
比较器将功率放大器的输出功率与预设的目标功率进行比较,如果功率放大器的输出功率大于第一门限,则积分器的输出值减1;如果功率放大器的输出功率小于第二门限,则积分器的输出值加1;如果功率放大器的输出功率在第一门限和第二门限之间,则积分器的输出值保持不
变。

10.  根据权利要求9所述的自动幅度控制环路的控制方法,其特征在于,在所述自动幅
度控制电路将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器的步骤之前,还包括以下步骤:
太阳城集团将功率放大器输出的电流信号和电压信号转换成数字信号;将转换成数字信号的电流信号和电压信号进行低通滤波;将低通滤波后的电压信号和电流信号相乘,得到功率放大器的输出功率;将功率放大器的输出功率进行低通滤波。

说明书

说明书自动幅度控制环路及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力线载波通信领域,特别涉及功率放大器输出功率自适应控制技术。
背景技术
[0002] 电力线载波通信系统利用电力线作为通信介质,通过对信号调制解调,来实现利用电力线传输数据的目的。由于低压电力线是为了传输电能而铺设的,因此电力线的负载特性具有非常大的时变性,会随着发送信号频率和太阳城集团的变化而在很大范围内变化。例如,对于符合欧洲标准EN-50065标准的载波信号,其频率在9KHz到145KHz之间,而对于该频率范围的载波信号,电力线的负载通常会在0.5欧姆到50欧姆之间变化。
[0003]正是由于电力线的负载变化幅度很大,而电力线载波通信系统中的功率放大器又常采用AB类功率放大器,或者D类功率放大器,也就是说,采用的都是固定放大倍数的功率放大器,因此,就会导致功率放大器的输出功率会随电力线负载的变化而变化,这是因为:
其中Rs为电力线负载,Uout为输出信号幅值,Pout为输出信号功率。由上述公式可见,当输出信号幅度Uout保持一定时,电力线负载Rs变化较大时,例如,Rs在0.5欧姆到50
欧姆之间变化时,功率放大器的输出功率Pout也会随之变化而不断变化,这样则难以有效地
保证电力线载波通信系统的通信性能。
[0004]因此,如何改进现有电力线载波通信系统中功率放大器存在的问题,从而使电力线载波通信系统得到恒功率的输出,提高电力线载波通信系统的通信质量,成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种自动幅度控制环路及其控制方法,对功率放大器的控制更加精确和灵活,在功率放大器的输出功率和高线性度之间找到最佳的平衡点,可以保证电力线载波通信系统得到恒功率的输出,有效提高电力线载波通信系统的通信质量。[0006] 为解决上述技术问题,本发明的实施方式公开了一种自动幅度控制环路,包括功率放大器、自动幅度控制电路和可变增益放大器;
[0007] 自动幅度控制电路,用于将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器;
[0008] 可变增益放大器,用于根据自动幅度控制电路输出的控制码,对发送信号的幅度进行调整,并将调整后的信号发送给功率放大器。
[0009]本发明的实施方式还公开了一种自动幅度控制环路的控制方法,包括以下步骤:[0010]自动幅度控制电路将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器;
[0011]可变增益放大器根据控制码对发送信号的幅度进行调整,并将调整后的信号发送
给功率放大器。
[0012] 本发明实施方式与现有技术相比,主要区别及其效果在于:
[0013] 采用自动幅度控制环路对功率放大器的输出功率进行自适应控制,对功率放大器的控制更加精确和灵活,在功率放大器的输出功率和高线性度之间找到最佳的平衡点,可以保证电力线载波通信系统得到恒功率的输出,有效提高电力线载波通信系统的通信质量。
[0014] 进一步地,自动幅度控制电路采用两路模数转换器将功率放大器输出的电流信号和电压信号转换成数字信号,使自动幅度控制电路在数字域进行处理,可以非常灵活地配置自动幅度控制电路的各种参数,提高了自动幅度控制电路控制的精度和动态范围。[0015] 进一步地,由于功率放大器采用高电压供电,所以功率放大器输出信号的摆幅很大,已经大大超过自动幅度控制电路的量化范围,将功率放大器输出的电压和电流经过缩放后再输入到自动幅度控制电路中,可以满足自动幅度控制电路的动态范围。
[0016] 进一步地,采用AB类功率放大器,可以在线性度和效率之间做很好的折中,使功率放大器在提供一定输出功率的前提下,尽可能提高线性度和效率。
附图说明
[0017]图1是本发明第一实施方式中一种自动幅度控制环路的结构示意图;[0018]图2是本发明第一实施方式中一种自动幅度控制电路的结构示意图;[0019]图3是本发明第一实施方式中一种缩放电路的结构示意图;
[0020] 图4是本发明第一实施方式中一种自动幅度控制环路的建立过程示意图;
[0021] 图5是本发明第二实施方式中一种自动幅度控制环路的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0022]在以下的叙述中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,本领域的普通技术人员可以理解,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0024] 本发明第一实施方式涉及一种自动幅度控制环路。图1是该自动幅度控制环路的结构示意图。
[0025] 具体地说,如图1所示,该自动幅度控制环路包括功率放大器103、自动幅度控制电路104和可变增益放大器102。
[0026] 自动幅度控制电路104,用于将功率放大器103的输出功率和预设的目标功率进行比较,并根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器102。
[0027] 进一步地,如图2所示,该自动幅度控制电路104中包括:
[0028] 电流通道模数转换器201、电压通道模数转换器202、第一低通滤波器203、乘法器
204、第二低通滤波器205、比较器206和积分器207。
[0029] 电流通道模数转换器201,用于将功率放大器103输出的电流信号转换成数字信号。
[0030]电压通道模数转换器202,用于将功率放大器103输出的电压信号转换成数字信号。
[0031]通过电流通道模数转换器201和电压通道模数转换器202,将功率放大器103输出的电流和电压信号转换成数字信号,这样后续所有的功率检测和控制都在数字域进行,可以非常灵活的配置自动幅度控制环路的各种参数,如环路的建立太阳城集团,输出功率的目标值等。
[0032]第一低通滤波器203,用于将电流通道模数转换器201和电压通道模数转换器202
输出的信号进行低通滤波,去除一定的高频干扰信号。
[0033]乘法器204,用于将第一低通滤波器203输出的电压信号和电流信号相乘,得到功率放大器103的输出功率。
[0034]第二低通滤波器205,用于将乘法器204输出的信号进行低通滤波。
[0035] 比较器206,用于将第二低通滤波器205输出的信号与预设的目标功率进行比较。[0036] 积分器207,用于根据比较器206输出的结果进行积分处理并输出相应的控制码给可变增益放大器102。
[0037]比较器206将功率放大器103的输出功率与两个目标功率P1和P2进行比较,P1对应目标功率的下限,P2对应目标功率的上限。如果功率放大器103的输出功率大于目标功率P2,则积分器的输出值减1;如果功率放大器103的输出功率小于目标功率P1,则积分器的输出值加1;如果功率放大器103的输出功率在目标功率P1和P2之间,则积分器的输出值保持不变。每次积分器207的输出值变化时,积分器207都会输出相应的控制码给可变增益放大器102,对发送信号的幅度进行调节,功率放大器103的输出功率也相应地进行改变,直到积分器207的输出值保持不变,功率放大器103的输出功率达到目标值,因此自动幅度控制环路ALC需要一定的建立太阳城集团才能得到稳定的功率输出。
[0038]自动幅度控制电路104采用两路模数转换器201和202将功率放大器103输出的电流信号和电压信号转换成数字信号,使自动幅度控制电路104在数字域进行处理,可以非常灵活地配置自动幅度控制电路104的各种参数,提高了自动幅度控制电路104的精度和动态范围。
[0039]可变增益放大器102,用于根据自动幅度控制电路104输出的控制码,对发送信号的幅度进行调整,并将调整后的信号发送给功率放大器103。
[0040]可变增益放大器102的控制信号来自自动幅度控制电路104的输出,对发送信号的幅度进行控制,该可变增益放大器102可以提供较大的动态范围调整,可以满足不同负载情况对输出幅度的要求。
[0041]该自动幅度控制环路中还包括:数模转换器和第三低通滤波器,如图1中的301所示。
[0042]数模转换器,用于实现发送信号的数模转换,并将转换后的信号输出给第三低通滤波器。
[0043]第三低通滤波器,用于将数模转换器输出的信号进行低通滤波,并将滤波后的信号输出给可变增益放大器。
[0044]功率放大器103是电力线载波通信系统的功放,用来驱动电力线负载,动率放大器103在提供一定输出功率的前提下,应尽可能提高线性度和效率,在线性度和效率之间
找到平衡点。功率放大器103的输出连接到电力线负载上,由于电力线负载的变化,功率放大器103输出的电压信号和电流信号也会发生相应的变化。
[0045] 由于功率放大器103采用高电压供电,所以功率放大器103输出信号的摆幅很大,已经大大超过自动幅度控制电路104的量化范围。
[0046]因此,在该自动幅度控制环路中还包括:缩放电路,连接在功率放大器103和自动幅度控制电路104之间,用于将功率放大器103输出的电压信号和电流信号缩放后输入到自动幅度控制电路104中。
[0047] 将功率放大器103输出的电压和电流经过缩放后再输入到自动幅度控制电路104
中,可以满足自动幅度控制电路104的动态范围。
[0048] 具体地说,如图3所示,该缩放电路中包括:变压器电路301、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻Rsense和电压参考VCM。
[0049] 功率放大器的输出端(即图3中的A点)通过变压器电路301和第四电阻Rsense
接地。
[0050] 功率放大器的输出端(即图3中的A点)通过第一电容C1和第一电阻R1与自动幅度控制电路104的电压通道模数转换器202连接。
[0051] 电压参考VCM通过第二电阻R2与自动幅度控制电路104的电压通道模数转换器
202连接。
[0052] 第四电阻Rsense的非接地端(即图3中的B点)通过第二电容C2与自动幅度控制电路104的电流通道模数转换器201连接。
[0053] 电压参考VCM通过第三电阻R3与自动幅度控制电路104的电流通道模数转换器
201连接。
[0054] 如图3中所示,节点A为功率放大器103的电压信号输出端,为了和自动幅度控制电路104相连,需要对输出的电压信号进行一定的缩放以满足自动幅度控制电路104中电压通道模数转换器202的动态范围。电阻R1和R2组成的分压网络完成对输出电压的缩放,缩放系数和自动幅度控制电路104的输出功率控制有关,所以需要配合自动幅度控制电路
104做折中考虑。电容C1为隔直电容,将功率放大器103输出电压中的交流信号耦合过来,而自动幅度控制电路104的直流工作点由电压参考VCM提供。节点B为功率放大器103电流通道的输出,功率放大器103输出的电流经过电力线等效负载和Rsense流到地。Rsense是功率放大器103的电流检测电路,用来将功率放大器103输出的电流转换成电压信号并送到自动幅度控制电路104中的电流通道模数转换器201进行测量,因此,电阻Rsense需要限定在一定的范围内才能得到比较好的电流测量精度。
[0055]电压信号和电流信号进入自动幅度控制电路104后,自动幅度控制电路104会监控功率放大器103的输出功率并和一个目标功率进行比较并输出一组数字控制码给可变增益放大器102,从而改变可变增益放大器102的幅度,可变增益放大器102输出幅度的变化会导致功率放大器103输出功率的变化,功率放大器103变化后的输出功率再和目标功率进行比较,从而再次改变可变增益放大器102的输出幅度。整个环路不断进行调整,直到功率放大器103的输出功率在目标功率的范围内,该自动幅度控制环路进入稳定状态。功率放大器103进行恒功率输出,功率放大器103的调整建立太阳城集团和步长及输出功率的目标范围调整都可以在自动幅度控制电路104中进行灵活的设计和配置。应用中可以根据电力
线载波通信的具体情况进行灵活配置,以满足电力线在轻载,重载及近远端通信要求,提高通信质量。
[0056]图4是该自动幅度控制环路的建立过程示意图,自动幅度控制电路104的每个控制步骤对应功率放大器103的一个输出功率,自动幅度控制环路稳定后,功率放大器103达到最终的输出功率,由于自动幅度控制环路的采用,功率放大器103在达到最优的功率输出的同时,能够保证功率放大器103的输出具有一定的线性度。另外,自动幅度控制环路的建立太阳城集团和调整步长都可以编程控制,功率放大器103的输出功率也可以根据实际应用的要求进行配置,实现了最大灵活性的调整。
[0057] 优选地,在本实施方式中,功率放大器103为AB类功率放大器。
[0058] 采用AB类功率放大器,可以在线性度和效率之间做很好的折中,使功率放大器在提供一定输出功率的前提下,尽可能提高线性度和效率。
[0059] 当然,在本发明的其它某些实施方式中,也可以选用其它类型的功率放大器。[0060] 优选地,在本实施方式中,该自动幅度控制环路,应用于电力线载波通信系统中。[0061] 同样地,在本发明的其它某些实施方式中,该自动幅度控制环路也可以应用于其它的电路系统中。
[0062] 采用自动幅度控制环路对功率放大器的输出功率进行自适应控制,对功率放大器的控制更加精确和灵活,在功率放大器的输出功率和高线性度之间找到最佳的平衡点,可以保证电力线载波通信系统得到恒功率的输出,有效提高电力线载波通信系统的通信质量。
[0063] 本发明第二实施方式涉及一种自动幅度控制环路的控制方法。图5是该自动幅度控制环路的控制方法的流程示意图。
[0064] 具体地说,如图5所示,该自动幅度控制环路的控制方法包括以下步骤:
[0065] 在步骤501中,自动幅度控制电路将功率放大器的输出功率和预设的目标功率进行比较。
[0066] 在步骤501之前,还包括以下步骤:
[0067] 将功率放大器输出的电流信号和电压信号转换成数字信号。
[0068] 将转换成数字信号的电流信号和电压信号进行低通滤波。
[0069] 将低通滤波后的电压信号和电流信号相乘,得到功率放大器的输出功率。
[0070] 将功率放大器的输出功率进行低通滤波。
[0071] 此后进入步骤502,自动幅度控制电路根据比较结果输出相应的控制码给可变增益放大器。
[0072] 在步骤501和502中,包括以下子步骤:
[0073] 比较器将功率放大器的输出功率与预设的目标功率进行比较:[0074] 如果功率放大器的输出功率大于第一门限,则积分器的输出值减1;[0075] 如果功率放大器的输出功率小于第二门限,则积分器的输出值加1;
[0076] 如果功率放大器的输出功率在第一门限和第二门限之间,则积分器的输出值保持不变。
[0077] 此后进入步骤503,可变增益放大器根据控制码对发送信号的幅度进行调整。
[0078] 此后进入步骤504,可变增益放大器将调整后的信号发送给功率放大器。
[0079]此后结束本流程。
[0080]本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式,本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
太阳城集团[0081] 本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现,指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的,易失性的或者非易失性的,固态的或者非固态的,固定的或者可更换的介质等等)。同样,存储器可以例如是可编程阵列逻辑(ProgrammableArrayLogic,简称“PAL”)、随机存取存储器(RandomAccessMemory,简称“RAM”)、可编程只读存储器(ProgrammableReadOnlyMemory,简称“PROM”)、只读存储器(Read-OnlyMemory,简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasableProgrammableROM,简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(DigitalVersatileDisc,简称“DVD”)等等。[0082] 虽然通过参照本发明的某些优选实施方式,已经对本发明进行了图示和描述,但本领域的普通技术人员应该明白,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。

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