前饋式ALC環路介紹及應用

作者/管宏，中國電子科技集團公司第41研究所

文章摘要：本文對比分析了前饋式ALC環路相對于普通ALC環路的優點，并介紹了前饋式ALC環路在信號源中的應用方法

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前饋式ALC環路介紹及應用

作者/管宏，中國電子科技集團公司第41研究所

文章摘要：本文對比分析了前饋式ALC環路相對于普通ALC環路的優點，并介紹了前饋式ALC環路在信號源中的應用方法

關鍵詞：ALC；調制器；檢波器；積分器量

1.前饋式ALC環路

隨著信號源實際應用的不斷擴展，我們逐漸發現了普通的ALC系統的一些限制，其中主要限制有四個方面：第一，穩幅滯后于電平控制信號的變化；第二，ALC環路帶寬限制其調幅帶寬；第三，受檢波器檢波靈敏度限制，調幅動態范圍也不可能大；第四，由于ALC系統的伺服作用脈沖調制功能的實現，必須使ALC環的開環、閉環狀態和脈沖開關一致，否則就會引起混亂。因此脈沖調制器必須放在ALC環路外面，無法保證脈沖調制時的功率電平準確度。因此我們便引入了前饋式ALC系統。

前饋式ALC系統其參考和調幅信號一路到求和比較器外，另外一路與調幅信號求和后直接對PIN調制器進行預調制，這樣AM帶寬就可以不受環路帶寬限制。

由于參考信號預先對調制器進行調制，而信號經過調制器、檢波器等微波器件后有一定延時，為使參考信號和檢波信號一致，在參考和檢波放大信號求和前有一延時網絡。延遲電路使參考信號和受控微波電平檢波信號的變化同步到達環路積分保持器前的反向求和電路，其微小差值再通過積分負反饋電路進一步修正微波功率電平，從而解決了從電平控制信號變化到微波功率受控變化的延遲問題。

由于檢波器的檢波靈敏度限制，當深度調幅時，即使PIN調制器能使信號產生較大的衰減，但檢波輸出卻無法正確反映，因此難以得到正確的深度調幅信號，前饋式ALC環中，利用一個檢波下限比較器，在檢波信號小于－13dBm時開關打開，利用當前保持的誤差電壓和調幅信號進行控制，由于在調制器高端線性很好，所以能得到很精確的深度調幅信號。

另外，在前饋式ALC控制中，積分器的取樣保持開關與脈沖調制信號同步動作，實現了載波脈沖斷續情況下穩幅的連續性，從而保證了脈沖調制狀態下載波的電平準確度。

2.基于前饋式ALC環路設計在AV1464中的應用

AV1464信號源中ALC環路的實現方案如圖1，定向耦合器與檢波器從RF通路中耦合出檢波信號，將其轉化成一個直流電壓。耦合出的信號是按照已知的比例從RF信號中得到，因此利用檢波器轉化出來的直流檢波電壓是實時反映RF通路中功率大小。檢波電壓經過放大與環路提供的參考電壓相比較進行積分，攜帶誤差信息的積分電壓用來驅動調制電路，通過調節調制器的衰減來控制RF功率。因此，在ALC環路閉合時，輸出信號電平能夠一直被監控，通過調節調制二極管，輸出所需的RF電平信號。參考電壓是由CPU根據設置的RF輸出功率電平及各種參數計算后，控制DAC電路產生的。

圖1　AV1464前饋式ALC環路框圖

檢波輸入放大電路由檢波輸入選擇電路、十倍放大電路、檢波帶寬選擇電路、對數放大電路、對數放大補償電路組成。檢波輸入選擇電路通過開關切換，分別按照設置將高波段檢波信號、數字下變頻波段檢波信號、外部檢波信號以及源模塊檢波信號引入到ALC環路中，實現各種檢波模式下的自動電平控制。送入ALC環路中的各路檢波電壓中，高波段檢波信號與外檢波信號需要進行十倍放之后，再與數字下變頻波段檢波信號、源模塊檢波信號一起進入檢波通路開關選擇電路，通過開關選擇的檢波信號經過檢波帶寬選擇電路之后送入對數放大電路，進行非線性到線性的轉換及信號放大后，攜帶RF功率電平變化信息且與RF功率變化成線性比例的電壓信號，被送入ALC環路中的求和積分電路。另外，這一模塊中的DAC電路為對數放大電路提供對數放大時所必需的偏置及拐點等補償信息。

AM及功率參考電路中包括對數AM通路、線性AM通路、AM輸入開關選擇電路、功率參考DAC、求和電路。AM信號經緩沖后由模擬開關輸入，開關導通時信號直接輸入到求和電路，實現對數AM功能。另一路開關導通時，信號經對數變換放大后形成線性AM輸入送入求和電路。功率參考DAC是由CPU根據當前設置功率電平及各種參數直接計算出數據，送入D/A轉換器件中產生功率參考電壓。功率參考電路中提供了帶有溫度補償的參考電壓，實時監測功率參考電路的工作溫度，同樣可以起到穩定RF輸出功率的作用。

由于AM功能的調幅深度受檢波二極管限制，AM帶寬受到ALC環路的延時限制，為提高調幅性能，該方案中具有一個前饋支路將AM信號直接與誤差電壓相加去控制調制器，當AM信號使輸出功率小到檢波管的低限時，前饋控制信號使積分環路開環，前饋DAC功率參考根據測得開環時積分電壓，與AM求和后，送出帶有調制信息的一定值電壓來控制調制器實現調幅及功率控制，以此提高AM深度。

環路控制、積分電路包括功率參考與檢波輸入求和電路、開/閉環控制電路、積分及帶寬選擇電路等。在這里，檢波輸入放大電平與功率參考電平求和，得到ALC環路的誤差信號，誤差信號經過積分后去驅動線性調制器，以達到調節功率輸出的目的。ALC環路的打開、閉合是由開閉環控制邏輯、脈沖同步邏輯、RF輸出控制等邏輯電平來同步組合實現。

3.結束語

在上文中主要討論了前饋式ALC環路的特性，以及前饋式ALC環路在AV1464信號源中的應用。