CN107942776A - 8位温度补偿型数控移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微波技术。本发明解决了现有移相器精度较差的问题，提供了一种8位温度补偿型数控移相器，其技术方案可概括为：8位温度补偿型数控移相器，包括模拟移相器、电源模块、FPGA模块、存储模块、通讯模块、运算放大电路、数模转换器及温度传感器，所述存储模块、通讯模块、数模转换器及温度传感器分别与FPGA模块连接，数模转换器与运算放大电路连接，运算放大电路与模拟移相器的控制电压端连接，电源模块为各模块供电。本发明的有益效果是：提升了移相器的移相精度，适用于移相器。

Description

8位温度补偿型数控移相器
技术领域
本发明涉及微波技术，特别涉及射频微波通信控制技术。
背景技术
移相器是控制信号相位变化的控制元件，故为微波电路中的关键器件。移相器在雷达***、微波通信***和测量***中有着广泛的应用。一般根据控制方式的不同，分为模拟移相器和数字移相器。现在的移相电路大多采用模拟器件实现移相，再利用数模变换器控制变容管或者半导体开关的方式实现数控接口。模拟移相器相移连续可调，数字移相器的相移是量化了的，即其相位只能离散阶跃变化。由于模拟电路所固有的温度漂移属性，模拟移相器的温度稳定度不高；同时，模拟移相器电路复杂、线性差且精度低；相位调制能力有限，通常只能做到180°的调制范围，因此其应用的范围也受到限制。而数字移相器大多以标准的逻辑器件按传统的数字***设计方法设计而成，其主要缺点是逻辑规模小、功耗大、可靠性差。随着现代电子技术的发展，雷达***等工作频率增大，波长急剧降低，很大程度上制约了数字移相器的最小相移量，目前最多的是做到5位或6位的移相精度。
发明内容
本发明的目的就是克服目前移相器精度较差的缺点，提供一种8位温度补偿型数控移相器。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，8位温度补偿型数控移相器，包括模拟移相器，其特征在于，还包括电源模块、FPGA(可编程逻辑门阵列)模块、存储模块、通讯模块、运算放大电路、数模转换器及温度传感器，所述存储模块、通讯模块、数模转换器及温度传感器分别与FPGA模块连接，数模转换器与运算放大电路连接，运算放大电路与模拟移相器的控制电压端连接，电源模块为各模块供电；
所述通讯模块用于与外部上位机连接，至少能够接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块；
所述温度传感器用于获取实时的温度信息；
所述存储模块用于存储与外部8位控制信号相应的移相控制值及与温度信息相应的温度补偿值；
所述FPGA模块用于根据接收到的外部8位控制信号从存储模块中选择相应的移相控制值，并根据温度传感器获取的温度信息从存储模块中选择相应的温度补偿值，并将温度补偿值与移相控制值相加后得到数字控制信号，并将其发送给数模转换器；
所述数模转换器用于将输入的数字控制信号转换成相应幅度的模拟电压控制信号输出给运算放大电路；
所述运算放大器电路用于将输入的模拟电压控制信号按比例放大到需要的幅值范围后传输到模拟移相器的控制电压端；
所述模拟移相器用于根据输入的放大后的模拟电压控制信号实现移相。
具体的，所述通讯模块还进行串口通讯。
再进一步的，所述通讯模块包括RS232接口模块及8位控制信号输入端，
所述RS232接口模块用于进行串口通讯；
所述8位控制信号输入端用于接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块。
具体的，所述RS232接口模块还用于将接收到的串口通讯数据中的RS232电平信号转换为TTL电平信号，将其传输给FPGA模块。
再进一步的，所述RS232接口模块还用于将FPGA模块传输来的TTL电平信号转换为RS232电平信号，并将其作为串口通讯数据传输给与其连接的外部上位机。
具体的，所述FPGA模块包括FPGA、晶振模块、配置器及复位器，所述晶振模块、配置器及复位器分别与FPGA连接；
所述晶振模块用于为FPGA提供运行时需要的基准时钟信号；
所述配置器用于存储FPGA的程序文件，当FPGA上电后，能够从其中读取程序文件进行配置；
所述复位器用于对FPGA进行复位。
再进一步的，所述存储模块采用EEPROM类存储器。
具体的，所述FPGA的型号为EP1C6T144I7。
再进一步的，所述数模转换器为14位数模转换器。
具体的，所述模拟移相器的型号为HMC934LP5E。
本发明的有益效果是，上述8位温度补偿型数控移相器，FPGA模块接收外部8位控制信号，送数给数模转换器，数模转换器将二进制数字量转化成与该数字量成正比的电压值，驱动模拟移相器从而实现8位数控移相，大大提升了移相器的移相精度。与现有的5位、6位移相器相比，性能更为优越，稳定性高，填补了市场空白，应用前景宽广。
附图说明
图1为本发明实施例中8位温度补偿型数控移相器的***框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述的8位温度补偿型数控移相器，包括电源模块、模拟移相器、FPGA模块、存储模块、通讯模块、运算放大电路、数模转换器及温度传感器，存储模块、通讯模块、数模转换器及温度传感器分别与FPGA模块连接，数模转换器与运算放大电路连接，运算放大电路与模拟移相器的控制电压端连接，电源模块为各模块供电，其中，通讯模块用于与外部上位机连接，至少能够接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块；温度传感器用于获取实时的温度信息；存储模块用于存储与外部8位控制信号相应的移相控制值及与温度信息相应的温度补偿值；FPGA模块用于根据接收到的外部8位控制信号从存储模块中选择相应的移相控制值，并根据温度传感器获取的温度信息从存储模块中选择相应的温度补偿值，并将温度补偿值与移相控制值相加后得到数字控制信号，并将其发送给数模转换器；数模转换器用于将输入的数字控制信号转换成相应幅度的模拟电压控制信号输出给运算放大电路；运算放大器电路用于将输入的模拟电压控制信号按比例放大到需要的幅值范围后传输到模拟移相器的控制电压端；模拟移相器用于根据输入的放大后的模拟电压控制信号实现移相。
实施例
本例中8位温度补偿型数控移相器的***框图参见图1，其包括电源模块、模拟移相器、FPGA模块、存储模块、通讯模块、运算放大电路、数模转换器及温度传感器，存储模块、通讯模块、数模转换器及温度传感器分别与FPGA模块连接，数模转换器与运算放大电路连接，运算放大电路与模拟移相器的控制电压端连接，电源模块为各模块供电。
其中，通讯模块用于与外部上位机连接，至少能够接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块。本例中，通讯模块还进行串口通讯，包括RS232接口模块及8位控制信号输入端，8位控制信号输入端用于接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块，RS232接口模块用于进行串口通讯，其可将接收到的串口通讯数据中的RS232电平信号转换为TTL电平信号，将其传输给FPGA模块，且将FPGA模块传输来的TTL电平信号转换为RS232电平信号，并将其作为串口通讯数据传输给与其连接的外部上位机，实现FPGA模块与外部上位机的通讯。
温度传感器用于获取实时的温度信息。其型号可为ADT7301ARTZ。
存储模块用于存储与外部8位控制信号相应的移相控制值及与温度信息相应的温度补偿值。可采用EEPROM类存储器，相比于FLASH，其速度较慢，但控制简单，保存数据时无需擦除，直接保存数据，可直接与FPGA的I/O管脚连接。
数模转换器用于将输入的数字控制信号转换成相应幅度的模拟电压控制信号输出给运算放大电路。数模转换器的输入端可连接到FPGA的I/O端，本例中，采用14位数模转换器。
运算放大器电路用于将输入的模拟电压控制信号按比例放大到需要的幅值范围后传输到模拟移相器的控制电压端。这里，按比例放大是根据模拟移相器的需要进行设置的。优选为低漂移运算放大器，从而保证整个温度范围内的输出为零漂移。
模拟移相器用于根据输入的放大后的模拟电压控制信号实现移相。任何传输介质对在其中传到的波动都会引入相移(移相)，而移相器是一种能够对波的相位进行调整的一种装置，本例中，模拟移相器所采用的型号可以为HMC934LP5E，该型号的模拟移相器通过0～13V的模拟电压控制信号控制模拟移相器实现移相，其连续移相范围为0°～400°。
FPGA模块用于根据接收到的外部8位控制信号从存储模块中选择相应的移相控制值，并根据温度传感器获取的温度信息从存储模块中选择相应的温度补偿值，并将温度补偿值与移相控制值相加后得到数字控制信号，并将其发送给数模转换器。
本例中，FPGA模块可以包括FPGA、晶振模块、配置器及复位器，晶振模块、配置器及复位器分别与FPGA连接，其中，晶振模块用于为FPGA提供运行时需要的基准时钟信号；配置器用于存储FPGA的程序文件，当FPGA上电后，能够从其中读取程序文件进行配置；复位器用于对FPGA进行复位。FPGA的型号可以为EP1C6T144I7。这里FPGA，即可编程逻辑门阵列，它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的特点，目前主流FPGA都采用SRAM工艺的查找表，因此可以反复烧写，提高了工作效率，降低了研发成本,减少开发时间，与一般的MCU类处理器的流水线处理方式不同，FPGA处理数据时是并行执行，这样就可以大大的提高了数据的处理速度，而配置模块是指FPGA的专用程序存储器，由于FPGA是基于SRAM工艺制造，所以FPGA上电后，必须从外部存储器(即配置模块)内读出程序文件进行配置，其连接到FPGA的专用配置管脚。
使用前，需要先将外部8位控制信号及与其相应的移相控制值存入存储模块中，并将温度信息及与其相应的温度补偿值存入存储模块中，其具体方法可以为：将模拟移相器的输出端与矢量网络分析仪连接，将模拟移相器的输入端与测试使用的波形输出装置连接，将通讯模块与外部上位机连接，在一定温度条件下，由外部上位机发出外部8位控制信号，8位温度补偿型数控移相器作出移相响应(由于此时并未存储温度补偿值，因此移相响应并不准确)，则通过矢量网络分析仪测得当前相位值，将当前相位值与理论上的移相值进行比较，计算出相位值偏差，再变化温度条件，分别计算出各种温度条件(对应温度信息)下的相位值偏差，将这些相位值偏差作为与温度信息相应的温度补偿值存入存储模块中。
线性度用于描述移相器在指定的移相范围内，其移相值与控制电压(其控制电压端输入的电压)之间的线性关系。任何一个实际的移相器都很难做到理想的线性。
HMC934LP5E型模拟移相器在稳定的工作频率下，模拟移相器控制电压的不同，对应产生不同的相移值，也会引起不同的***损耗，所以控制电压的偏差与不稳定性会直接影响到移相器的性能。
本发明通过采用数字化控制，来自FPGA的控制信号(数字控制信号)提供给数模转换电路，由数模转换电路转换成对应的模拟电压分量(模拟电压控制信号)，再由运算放大器放大电压信号，将得到的精准电压信号去驱动模拟移相器实现移相功能，从而得到更接近设计需求的理论值，解决模拟移相器存在的线性度差的问题。

Claims (9)

1.8位温度补偿型数控移相器，包括模拟移相器，其特征在于，还包括电源模块、FPGA模块、存储模块、通讯模块、运算放大电路、数模转换器及温度传感器，所述存储模块、通讯模块、数模转换器及温度传感器分别与FPGA模块连接，数模转换器与运算放大电路连接，运算放大电路与模拟移相器的控制电压端连接，电源模块为各模块供电；
所述通讯模块用于与外部上位机连接，至少能够接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块；
所述温度传感器用于获取实时的温度信息；
所述存储模块用于存储与外部8位控制信号相应的移相控制值及与温度信息相应的温度补偿值；
所述FPGA模块用于根据接收到的外部8位控制信号从存储模块中选择相应的移相控制值，并根据温度传感器获取的温度信息从存储模块中选择相应的温度补偿值，并将温度补偿值与移相控制值相加后得到数字控制信号，并将其发送给数模转换器；
所述数模转换器用于将输入的数字控制信号转换成相应幅度的模拟电压控制信号输出给运算放大电路；
所述运算放大器电路用于将输入的模拟电压控制信号按比例放大到需要的幅值范围后传输到模拟移相器的控制电压端；
所述模拟移相器用于根据输入的放大后的模拟电压控制信号实现移相。
2.如权利要求1所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述通讯模块还进行串口通讯。
3.如权利要求2所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述通讯模块包括RS232接口模块及8位控制信号输入端，
所述RS232接口模块用于进行串口通讯；
所述8位控制信号输入端用于接收外部8位控制信号，并将其传输给FPGA模块。
4.如权利要求3所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述RS232接口模块还用于将接收到的串口通讯数据中的RS232电平信号转换为TTL电平信号，将其传输给FPGA模块。
5.如权利要求4所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述RS232接口模块还用于将FPGA模块传输来的TTL电平信号转换为RS232电平信号，并将其作为串口通讯数据传输给与其连接的外部上位机。
6.如权利要求1所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述FPGA模块包括FPGA、晶振模块、配置器及复位器，所述晶振模块、配置器及复位器分别与FPGA连接；
所述晶振模块用于为FPGA提供运行时需要的基准时钟信号；
所述配置器用于存储FPGA的程序文件，当FPGA上电后，能够从其中读取程序文件进行配置；
所述复位器用于对FPGA进行复位。
7.如权利要求6所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述FPGA的型号为EP1C6T144I7，所述模拟移相器的型号为HMC934LP5E。
8.如权利要求1所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述存储模块采用EEPROM类存储器。
9.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的8位温度补偿型数控移相器，其特征在于，所述数模转换器为14位数模转换器。
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