手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路及控制方法与流程

1.本发明涉及一种小型化微波综合测试仪，特别涉及一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路及控制方法。


背景技术：

2.微波测量是对微波信号和微波电路有关参数的测量技术。主要测量对象有：功率、频率或波长、波形与频谱、噪声电平、驻波、衰减和相移等。现有的手持式微波综合测试仪在扫描速度、动态范围及体积重量等方面还具有很大的提升空间。中频增益自动控制技术是目前被广泛采用的提高动态范围和扫描速度的关键技术之一。
3.在中频增益控制方法方面，除去在信号产生、采集以及主机cpu处理、显示等所需时间之外，每个扫描点的中频增益控制所需时间仍然是不可忽视的一部分。每一个扫描点锁定后，经过采集，然后进行功率幅值计算，根据具体幅值进行判断，反馈回硬件电路，对中频增益完成相关补偿。在这一反馈流程中，对比同功能的模块或台式/便携式测试仪，每一扫描点所需中频增益控制时间多一点，当扫描点数增多时，手持式综合测试仪扫描速度下降明显。现有实现技术中，中频增益自动控制技术方案主要有两种，但在手持式微波综合测试仪研制过程中都存在一定弊端，具体如下：
4.一种是通过在硬件电路中添加对数检波器和窗口比较电路实现中频信号功率幅值比较。其设计原理如图1所示，中频信号输入后，经过不等功分器分为两路，功率较高的一路进行一系列中频滤波、可控增益放大等处理后输入到adc，采样所得的数字中频信号送到cpu进行后续处理。另一路中频信号输入到对数检波器，检波产生的电平信号经过窗口比较电路，得到当前所需的增益开关状态后输出增益控制信号，分别送到可控增益放大器一和可控增益放大器二以及cpu，用于控制中频增益并通知cpu中频增益的开关状态。然而，通过增加预检波、窗口比较电路，会增加每个扫描点所需的硬件稳定时间，同时增加硬件电路板面积和成本。受限于手持式仪器整机体积，此方案实现相当困难。
5.另一种是基于软件方式进行自动控制。通过在中频通道增加控增益开关电路，对中频信号功率降低到某一阈值时，由dsp控制增加中频电路通道开关以提高信号功率；同时，在数据处理电路部分添加dsp相关电路，来实现对中频信号功率幅值计算、判断。通过dsp判定结果，如果需要调整中频增益，则dsp将判别状态分别发送给fpga和cpu，fpga根据判别状态间接控制中频通道的可控增益电路开关，以调整中频通路信号增益；然后fpga重新控制锁相频率，对该扫描点调整后的中频信号进行再采集，重新进行数据处理。其缺点是需要dsp和fpga联合控制中频增益的频率点，增加dsp硬件电路的同时，dsp或主机cpu需要参与硬件控制并重新扫描该点，增加了扫描时间，影响整机测量速度。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路及控制方法，以达到提高手持式微波综合测试仪的动态范围和扫描速度、减小手持式
微波综合测试仪的体积的目的。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路，包括依次连接的中频通路、adc、fpga和cpu，所述fpga包括依次连接的数字下变频单元、数字滤波单元、数字幅值计算单元、阈值判断单元和有效数据缓存输出单元，所述阈值判断单元通过中频增益开关连接中频通路，所述阈值判断单元还连接阈值转换单元，所述有效数据缓存输出单元连接所述cpu。
9.上述方案中，所述中频通路包括依次连接的中频滤波单元一、可控增益放大器一、中频滤波单元二和可控增益放大器二，所述可控增益放大器二连接所述adc。
10.一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路的控制方法，包括如下过程：
11.(1)中频信号经过中频通路的调理后，经adc进行采样，转变为数字中频信号后送给fpga；
12.(2)数字中频信号在fpga内部经过数字下变频单元的数字下变频处理、数字滤波单元的数字滤波处理后，产生对应正交i、q信号，然后在数字幅值计算单元中计算出中频信号的数字幅值；
13.(3)将计算得到的中频信号的数字幅值与阈值转换单元给定的中频增益阈值进行比较，当中频信号的数字幅值小于中频增益阈值时，打开中频增益开关，对中频通路进行控制并产生模拟增益，同时给cpu发送中频补偿状态标识；同时，fpga继续对控制后的中频信号进行采集、处理，并输出给cpu；当中频信号的数字幅值大于或等于中频增益阈值时，将中频增益开关选择直通，将fpga处理后的数据直接输出给cpu；
14.(4)cpu在得到当前测量数据的同时得到当前的中频增益开关进行状态标识，在后续处理中根据状态标识进行相应处理以补偿中频通路的模拟增益。
15.通过上述技术方案，本发明提供的手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路及控制方法在硬件上增加中频增益开关控制代替中频检波电路，通过在fpga中实现中频信号功率幅值计算、补偿控制判定过程，实现了中频增益自动控制。该发明方法减少了硬件电路中对数检波、窗口比较和dsp等相关电路，降低了硬件设计面积、成本和调试难度；与此同时，缩短了硬件稳定时间，减少了fpga与dsp或cpu之间的两次通信时间，提高了整机的扫描速度。本发明在解决手持式微波综合测试仪是在提高整机动态范围和扫描速度同时，有效降低了手持式微波综合测试仪整机体积、重量和功耗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
17.图1为现有方案一的中频增益控制电路示意图；
18.图2为现有方案二的中频增益控制电路示意图；
19.图3为本发明实施例所公开的手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路示意图；
20.图4为本发明实施例所公开的fpga内部电路示意图；
21.图5为本发明实施例所公开的fpga处理流程图；
22.图6为现有方案一的中频增益控制方法流程示意图；
23.图7为现有方案二的中频增益控制方法流程示意图
24.图8为本发明实施例所公开的中频增益控制方法流程示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.本发明提供了一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路，如图3所示，包括依次连接的中频通路、adc、fpga和cpu，如图4所示，fpga包括依次连接的数字下变频单元、数字滤波单元、数字幅值计算单元、阈值判断单元和有效数据缓存输出单元，阈值判断单元通过中频增益开关连接中频通路，阈值判断单元还连接阈值转换单元，有效数据缓存输出单元连接cpu。
27.具体地，中频通路包括依次连接的中频滤波单元一、可控增益放大器一、中频滤波单元二和可控增益放大器二，可控增益放大器二连接adc。
28.一种手持式微波综合测试仪的中频增益控制电路的控制方法，包括如下过程：
29.(1手持式微波综合测试仪的某一扫描频点锁定后，通过硬件电路产生对应模拟中频信号，中频信号经过中频通路的调理后，经adc进行采样，转变为数字中频信号后送给fpga；
30.(2)数字中频信号在fpga内部经过数字下变频单元的数字下变频处理、数字滤波单元的数字滤波处理后，如图5所示，产生对应正交i、q信号，然后在数字幅值计算单元中计算出中频信号的数字幅值；
31.(3)将计算得到的中频信号的数字幅值与阈值转换单元给定的中频增益阈值进行比较，当中频信号的数字幅值小于中频增益阈值时，打开中频增益开关，对中频通路进行控制并产生模拟增益，同时给cpu发送中频补偿状态标识；同时，fpga继续对控制后的中频信号进行采集、处理，并输出给cpu；当中频信号的数字幅值大于或等于中频增益阈值时，将中频增益开关选择直通，将fpga处理后的数据直接输出给cpu；
32.(4)cpu在得到当前测量数据的同时得到当前的中频增益开关进行状态标识，在后续处理中根据状态标识进行相应处理以补偿中频通路的模拟增益。
33.现有方案一的中频增益控制方法处理流程如图6所示，完成一个扫描点所需要的时间为：t
a
＝t0 t1 t2。
34.现有方案二的中频增益控制方法处理流程如图7所示，完成一个扫描点所需要的时间为：t
b
＝t
′0 t1 t2 t3≈t1 t2 t3。
35.其中，t0表示硬件检波电路的稳定时间；t1表示ad采样芯片对中频信号进行采样转换时间；t2表示中频信号在fpga中进行数据处理的时间；t3表示主机cpu或dsp对中频信号功率幅值计算及fpga与其通信时间之和；t
′0表示中频通道开关切换稳定时间，其值远小于检波电路稳定时间t0，即t
′0＜＜t0。
36.本发明实施例的中频增益控制方法处理流程如图8所示，完成一个扫描点所需要的时间为：t
c
＝t
′0 t1 t2≈t1 t2。
37.对比现有方案一，本发明方案在每个扫描点节省时间为t0；对比现有方案二，本发
明方案在每扫描点节省时间为t3。
38.这样，通过嵌入式软件算法来对中频信号数字幅度进行计算、判定，降低了硬件电路板的实现面积。既满足了手持式微波综合测试仪整机体积、重量和功耗要求，同时节省了数据处理过程中fpga与dsp、dsp与cpu通信时间，缩短了每个频点有效数据产生时间，从而提高了综合测试仪整机的扫描速度。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。