處理模塊電路設(shè)計(jì) - 數(shù)字幅頻均衡功率放大器中FPGA的應(yīng)用

　　均衡技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在某種優(yōu)化規(guī)則下完成隨機(jī)信號(hào)的最優(yōu)濾波。因此信號(hào)的幅頻均衡問(wèn)題即轉(zhuǎn)變?yōu)闉V波器的設(shè)計(jì)問(wèn)題。在大多數(shù)使用均衡器的通信系統(tǒng)中，信道特性是未知的;并且在許多情況下，信道響應(yīng)是時(shí)變的，在這種情況下，應(yīng)將均衡器設(shè)計(jì)成對(duì)信道響應(yīng)是可調(diào)的;對(duì)時(shí)變信道，應(yīng)設(shè)計(jì)成對(duì)信道響應(yīng)的時(shí)變是自適應(yīng)的。所以自適應(yīng)均衡器在通信系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。但本賽題中，因?yàn)槠洳捎脦ё杈W(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)際的信道，但帶阻網(wǎng)絡(luò)中所有器件參數(shù)均為固定值，不存在時(shí)變問(wèn)題，故設(shè)計(jì)的濾波器系數(shù)無(wú)需自適應(yīng)。

　　均衡模塊采用Altera 公司的CycloneII 系列FPGA 作為信號(hào)濾波處理的核心; A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用TI 的高速8 位A/D 轉(zhuǎn)換器TLC5540，它的最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每秒40 兆字節(jié);D/A 模塊采用10 位高速轉(zhuǎn)換芯片THS5651。

　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)如圖2 所示的衰減進(jìn)行補(bǔ)償，均衡模塊采用了截止頻率均為400HZ 的低通濾波器和高通濾波器的疊加。濾波器組原理圖如圖3 所示。

　　2.4 功率放大電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)題目要求,末級(jí)功率放大電路采用分立的大功率MOS 管實(shí)現(xiàn),與分立的OCL 低功放相比，MOS 管功放具有激勵(lì)功率小，輸出功率大，輸出漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù)，安全可靠，且有工作頻率高，偏置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。電路如圖3所示，以運(yùn)放的輸出作為OCL 的輸入，達(dá)到抑制零點(diǎn)漂移的效果。此方案中用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS 管，集基極間的電容C4、C5 為高頻防振電容。(注：圖中數(shù)據(jù)為參考數(shù)值)

?

　　圖3 MOS 管功率放大器

?

　　實(shí)際功率低于這個(gè)值，通過(guò)測(cè)量來(lái)計(jì)算出電路的效率。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　Altera 提供了基于Matlab、DSP Builder 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法。使用DSP Builder可以方便地在圖形化環(huán)境中設(shè)計(jì)FIR 濾波器，而且濾波器系數(shù)可以通過(guò)Matlab 的濾波器設(shè)計(jì)工具FDATool 計(jì)算完成。本文中采用直接I 型來(lái)實(shí)現(xiàn)該FIR 濾波器。首先設(shè)計(jì)一個(gè)系數(shù)可變的4 階FIR 濾波器節(jié)。然后再通過(guò)不斷的調(diào)用FIR 濾波器節(jié)，級(jí)聯(lián)起來(lái)，從而完成高階濾波器設(shè)計(jì)。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

?

　　圖4 singaltap 測(cè)試結(jié)果

　　圖 4 為采用嵌入式邏輯分析儀SingalTap 得到的測(cè)試結(jié)果。其中，XIN 為由A/D 采樣得到的輸入信號(hào)，YOUT 為經(jīng)過(guò)均衡程序處理過(guò)的輸出信號(hào)。從輸出YOUT 可明顯觀測(cè)到程序?qū)斎胄盘?hào)作出了補(bǔ)償，去除了噪聲，穩(wěn)定了波形，起到了均衡信號(hào)的作用。

???????? 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)幅度均衡的高速處理。同時(shí)本設(shè)計(jì)中前級(jí)放大電路不僅可以滿足賽題中的各項(xiàng)指標(biāo)，還可以實(shí)現(xiàn)增益的可選擇性，可以在其他小信號(hào)放大的場(chǎng)合中運(yùn)用。