微波检波信号增益自动控制方法研究与实现

由图2可以得到第二级程控放大电路的输出电压为：


由于第三级放大电路与第二级放大电路的电路形式相同，故第三级程控放大电路增益为：

根据所选数字电位器MCP4351的参数，结合电路的形式，在保证信号不失真的情况下，可以得出程控放大电路各级输出电压范围为：

在如此宽的动态范围内，如何分配各级增益才能使整个放大电路的输出信号幅值达到最佳值?在实验中，先后采用了两种方法分配各级增益。
第一种方法是三级增益同步调节(同大同小)，由于各级输出电压的限制，导致增益可调范围变窄。如果同时调的过大，则总增益过大，从而将造成信号幅值太大引起失真；如果调的太小，总增益就变得很小，造成信号难以被检测出来。
第二种方法是将第一级增益与后两级增益分开调节。由于第一级增益的变化范围大，既可以将微波检波信号放大又可以将其压缩，所以第一级放大电路在整个三级放大电路中起到关键作用。第二级和第三级电路形式完全相同，这两级放大电路只能将信号幅值放大。因此，在总增益不变的情况下，先调节第二级和第三级增益，当这两级增益确定后，再根据需要调节第一级增益。
第二级和第三级放大电路的增益公式相同，为了提高调节效率，将第二级和第三级增益进行同步调节，即g3=g2。故总增益为：

因此，只要先确定出g2，就可以很方便地得到g1的值。这种方法有效地解决了第一种方法中存在增益调节范围小的缺点。
各级增益计算步骤为：
(1)将总增益G线性等分成4 096级(灵敏度A／D采样位数为12位)；
(2)再根据式(13)和式(14)所确定的各级增益范围，对应每级的G确定出每级g2的值，并根据式(9)确定出第二、三级放大电路数字电位器刀口位置调整值N2和N3；
(3)g2确定后，根据式(16)即可得出每级g1的值，进而根据式(4)计算出第一级放大电路数字电位器刀口位置调整值N1。

3 增益自动控制软件设计
制作软件时，将计算好的各级放大器对应的比例值N21，N2和N3做成表存入处理器MSP430F149中，以备调节时由处理程序查找。系统工作时，通过调节灵敏度旋钮控制总增益G，当灵敏度旋钮被调到一个值后，MSP430F149读取灵敏度值得出对应的总增益值，通过查表方式得到各级数字电位器放大比例值N1，N2和N3，并将其输出给MCP4351的各存储器，MCP4351再按照存储器中N1，N2和N3的值调节数字电位器，改变反馈电阻阻值，从而实现增益调控。

4 结论
本文设计的三级级联放大电路应用于智能微波开关接收部分的增益控制电路，实现了对微波解调信号增益的动态控制。在多级增益分配过程中，局部增益线性分配，其余按照约束方程计算，并形成增益分配表，供CPU查表控制增益。在增益自动控制的放大电路中，硬件电路实现简便；适用于1～37 234宽动态范围增益的调节；又由于增益的调节是CPU通过查表方式完成的，节省了系统计算时间，降低了编程难度，整个系统工作效率高。实际应用中能够满足工业要求，并取得了理想的效果。