射频信号源的幅度输出范围通常都很宽泛,最小能到-130dBm以下,最高能到+27dBm往上。除了硬件上会有很多衰减器以外,还需要一个电路就是ALC。

 

ALC(AutomaticLevel Control)中文叫:自动电平控制。此功能在射频源中占据着重要地位。因为它会直接影响到射频功率输出的动态范围,还会影响到射频幅度的准确度,而且也是校准工作的核心。基本的流程是:根据用户设置的具体幅度值,然后改变ALC(自动电平控制电路)的输出幅度、ATT(衰减器)的衰减量,确定放大器是否切入,完成功能。

 

 

这里要稍微引入两个关键词:ADC(Analog-to-digital converter)和DAC(Digital to analog converter),分别表达的是模拟数字转换器和数字模拟转换器。因为仪表里面最原始的通信使用的是数字编码,而外部接收的会是模拟信号,所以会要通过ADC将模拟信号转换成数字信号,系统在做前期校准的时候调节的里DAC的值。所以对于硬件工程师或是维修工程师来说,如果发现幅度输出异常可以通过一台好的机器与异常的机器对比,读一下异常频点两台机器的DAC值,正常来说应该是差不多的,如果偏差很大可以通过原厂的编程手册上的指令手动去更改DAC的值来观察幅度输出是否会变化以确定问题是出在校准上还是出在硬件上。

 

回到ALC话题上,由于ALC环的非线性,对于不同的载波频率或幅度,ALC的参数不同,主要是参考DAC值,所以需要校准。同样的ALC参数下,在不同频率时,输出功率有很大的区别,而且不单调,必须要细分段进行校准。下图是一个基本的ALC电路架构,RF_in是设定的幅度值,通过RF_out输出到频谱分析仪上。

 

下图中可以看到经过了可调衰减器与固定放大器还有功率分配器。功率分配器可能会是一个定向耦合器或三端口的功分器,其作用是在信号输出之前耦合一路出来跟参考电压进行比较积分。参考DAC影响输入ALC的幅度,幅度过大会影响谐波,另外参考DAC也会影响ALC最大输出幅度。

 

检波器通常是一个二级管,把设定输出幅度值的高频载波上的低频信号检出来,然后和实际收到的参考电压值进行对比。采用二级管检波有两点优势,第一是匹配;第二是温度补偿。众所周知,二极管的负温度特性,即随着温度的升高,其反向饱和电流(Reverse Saturation Current)Is将增大。

 

而二极管电压与其电流的关系是

 

其中n为结常数,介于1,2之间。所以可以得到负温度系数,这个时候就可以用差分运放抑制共模干扰。

 

通过一个对数放大器进行放大。大家理解对数放大器首先理解一下信号压缩,信号压缩在现实世界中,一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声纳等无线电系统中,接收机前端信号动态范围可达120dB以上;光纤接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给应用设计带来很多问题。一方面,线性放大器无法处理这样宽的动态范围。另一方面,DAC变换中,在保证分辨率的情况下,模数转换器的位数会随动态范围的增大而增大。因此,在处理宽动态范围的信号时,常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗是线性的,信号的功率与电压的平方成正比,信号的动态范围既可以用电压表示也可以用功率来表示。

 

对数放大分为两个部分,一部分是检波后的对数放大,另一部分是AM输出对数放大。虽然二者均是对数放大,但是二者电路实现方式不同,其功能也有差异。

 

然后检波电压和参考电压进行积分,再通过指数放大器将电压值给到可调衰减器上。由于前面电路采用了指数放大器将射频信号压缩,故在控制线性衰减器过程中需要将信号扩展才能还原原射频信号。

 

如果系统指标要求幅度分辨率要达到0.01dB,幅度从变化范围要达到40dB,那么需要整个幅度等分为40/0.01=4000等份,如果用DAC来控制则至少需要12位。