[發明專利]一種基于FPGA的時變信號功率檢測與自動增益控制的方法

在審

• 申請號: 201711390368.3
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN109298657A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 劉景鑫
• 申請（專利權）人: 上海創遠儀器技術股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01R21/133
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發明屬于儀器儀表領域，尤其涉及一種基于FPGA的時變信號功率檢測與自動增益控制的方法：通過校準，得到檢波電壓與各個頻率功率輸入的對應關系，得到以頻率、功率為坐標的數據表，數據表的頻率和功率步進等長且固定。系統運行時，軟件會加載完整的數據表用作功率的精確判斷，同時，軟件會將數據表部分數據作為參考電壓置入FPGA，用于比較器比較。系統在得到檢波電壓后，通過ADC將數字信號傳入FPGA內部邏輯。FPGA一方面直接將電壓值傳入軟件，由軟件比對完整數據表，得到精確的功率值。本發明實現了將檢波電壓判決為輸入功率值，將電壓值送交兩路做處理，結合校準數據，在軟件端保證了對結果準確性的要求，在硬件端保證高速響應的實時性要求。

技術領域

本發明涉及儀器儀表技術領域，尤其涉及儀器儀表功率校準、控制、測量領域。具體指一種在數字域穩定判決射頻輸入功率水平的方法。

背景技術

隨著無線通信技術的不斷發展，需要使用信號分析儀對各種無線信號做解調和分析。一個完整的信號分析儀系統，包括主控及基帶模塊、模數轉換(Analog/DigitalConvert，簡稱ADC)模塊、射頻接收模塊。

通常情況，用戶在使用信號分析儀測量信號時，需要手動向分析儀設置輸入信號的功率大小。如果實現儀器能夠自動識別功率大小，并自動配置射頻輸入通道的增益參數，可以大大減輕儀器使用的繁瑣程度，減少用戶操作配置的步驟。

識別輸入信號的功率大小，即功率檢測。射頻接收模塊首先對輸入信號進行耦合和檢波，檢波得到一個與信號功率大小成正比的電壓值，電壓值經過ADC轉換為數字信號輸送給FPGA，最終根據這個電壓值判斷出輸入功率的大小。

功率檢測功能一方面用于告知儀器使用者當前的輸入功率，另一方面還需要實時判決當前功率所在的大致范圍。對于這一過程，既要保證功率判決的實時性和響應速度，也要保證判決結果的準確度。同時輸入功率的數值如果在判決臨界點附近，功率的微小抖動會影響判決結果的穩定，導致判決區間上下跳變。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種包括功率檢測前的校準過程，檢測功能實現的算法邏輯，以及增加檢測穩定性的邏輯結構的基于FPGA的時變信號功率檢測與自動增益控制的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于FPGA的時變信號功率檢測與自動增益控制的方法：

包括：獲知檢波電壓與輸入功率之間的對應關系；使用信號源先向電路輸入已知功率的信號，然后讀取檢波電壓值，各個可用頻點、各個功率點都需獲取它對應的電壓值，最終得到一張以頻率、功率為坐標的二維數據表，存有各點的電壓值；根據數據表，用當前的檢波電壓值在數據表中做比對，得到當前的輸入功率值。

作為本發明一種優選技術方案，對于信號分析儀的射頻接收模塊，獲取到的輸入功率有兩個用途，一是告知用戶當前的功率大小，選擇由計算機軟件來實現；FPGA獲取電壓值后，直接發送至工控機軟件端，由計算機代碼負責判定功率值。

作為本發明一種優選技術方案，功率值的另一個用途是根據功率大小變化改變射頻電路器件的配置參數，需要將輸入功率分為若干個區間，根據不同的區間配置相應的射頻器件參數，在輸入功率發生改變后，需要在最短的時間內配置好相應參數，選擇直接在FPGA內部處理數據。

作為本發明一種優選技術方案，FPGA每個功率數值區間的邊界都對應一組比較器，檢波電壓輸入后，與判斷邊界對應的參考電壓同時輸入比較器，做大小比較，全部比較器輸出集合為一串N比特長度的比較結果，然后對結果進行重新編碼，即可判決出當前的功率區間，同時得到相應的控制寄存器地址，最終根據地址配置射頻電路。

作為本發明一種優選技術方案，在獲知頻率、功率相對應的檢波電壓數據時，每隔固定頻率步進和固定功率步進讀取一組電壓值。