处理模块电路设计 - 数字幅频均衡功率放大器中FPGA的应用

2.3 数字信号均衡处理模块电路设计

　　均衡技术的实质是在某种优化规则下完成随机信号的最优滤波。因此信号的幅频均衡问题即转变为滤波器的设计问题。在大多数使用均衡器的通信系统中，信道特性是未知的;并且在许多情况下，信道响应是时变的，在这种情况下，应将均衡器设计成对信道响应是可调的;对时变信道，应设计成对信道响应的时变是自适应的。所以自适应均衡器在通信系统中得到普遍应用。但本赛题中，因为其采用带阻网络模拟实际的信道，但带阻网络中所有器件参数均为固定值，不存在时变问题，故设计的滤波器系数无需自适应。

　　均衡模块采用Altera 公司的CycloneII 系列FPGA 作为信号滤波处理的核心; A/D 转换模块采用TI 的高速8 位A/D 转换器TLC5540，它的最高转换速率可达每秒40 兆字节;D/A 模块采用10 位高速转换芯片THS5651。

　　为实现对如图2 所示的衰减进行补偿，均衡模块采用了截止频率均为400HZ 的低通滤波器和高通滤波器的叠加。滤波器组原理图如图3 所示。

　　2.4 功率放大电路设计

　　根据题目要求,末级功率放大电路采用分立的大功率MOS 管实现,与分立的OCL 低功放相比，MOS 管功放具有激励功率小，输出功率大，输出漏极电流具有负温度系数，安全可靠，且有工作频率高，偏置简单等优点。电路如图3所示，以运放的输出作为OCL 的输入，达到抑制零点漂移的效果。此方案中用三极管来驱动MOS 管，集基极间的电容C4、C5 为高频防振电容。(注：图中数据为参考数值)

　　

 

　　图3 MOS 管功率放大器

　　

 

　　实际功率低于这个值，通过测量来计算出电路的效率。

　　3 软件设计

　　Altera 提供了基于Matlab、DSP Builder 的数字滤波器设计方法。使用DSP Builder可以方便地在图形化环境中设计FIR 滤波器，而且滤波器系数可以通过Matlab 的滤波器设计工具FDATool 计算完成。本文中采用直接I 型来实现该FIR 滤波器。首先设计一个系数可变的4 阶FIR 滤波器节。然后再通过不断的调用FIR 滤波器节，级联起来，从而完成高阶滤波器设计。

　　4 实验结果与结论

　　

 

　　图4 singaltap 测试结果

　　图 4 为采用嵌入式逻辑分析仪SingalTap 得到的测试结果。其中，XIN 为由A/D 采样得到的输入信号，YOUT 为经过均衡程序处理过的输出信号。从输出YOUT 可明显观测到程序对输入信号作出了补偿，去除了噪声，稳定了波形，起到了均衡信号的作用。

         本设计实现数字信号幅度均衡的高速处理。同时本设计中前级放大电路不仅可以满足赛题中的各项指标，还可以实现增益的可选择性，可以在其他小信号放大的场合中运用。