CN1318902A - 高功率选择性信号衰减器及其衰减方法 - Google Patents
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Abstract
高功率选择信号衰减器包括一个衰减模拟信号的衰减器;一个将衰减器的模拟输出转换为数字输出的第一ADC;一个将第一ADC的数字输出转换为模拟输出的数－模转换器(DAC);一个删除器,用于接收所述主信号以及来自所述DAC的所述模拟输出,并且从所述主信号中删除所述DAC的所述模拟输出。第二ADC接收删除器的输出且产生一个数字输出。根据该数字输出,控制电路动态地控制衰减器的衰减以防止第二ADC的饱和,并改进信息处理量。
Description
本发明涉及信号衰减，尤其涉及一种高功率选择性信号衰减器及其衰减方法。
模-数转换器(ADC)具有一个动态的工作范围。该动态范围被定义为从最小信号幅度到最大信号幅度的这样一个范围(即在最小和最大功率电平之间)。具有ADC动态范围内的幅度的模拟信号将从模拟转换为数字信号。
具有低于动态范围的最小功率电平的幅度的模拟信号将不经受转换，而具有高于动态范围的最大功率电平的幅度的模拟信号将使ADC过载或者饱和。具体地说，ADC将对具有高于ADC动态范围的最大功率电平的幅度进行限幅。对于模拟信号的限幅将引起失真和破坏整个频谱的谐波，以至于实际上损失更多的信号。因此，这种ADC不适合于多种今天的通信要求。
根据本发明，高功率选择性信号衰减器隔离了接收的模拟信号频谱中的高功率信号。隔离出的高功率信号接着与接收的模拟信号重新组合，以便基本上从接收的模拟信号中删除高功率信号。高功率信号的隔离是这样实现的，即通过将接收的模拟信号耦合到前馈通路上，并且衰减耦合的信号，以便高功率信号落入接收衰减器输出的ADC的动态范围内。因为ADC在落入其动态范围内的信号上执行模-数转换操作，ADC的输出基本上代表了接收信号中的高功率信号。该数字信号接着被数-模转换，并且由放大器放大，该放大器补偿由至少一个衰减器所引起的衰减。产生的信号接着与接收到的模拟信号相组合，这两个信号异相180度，以便高功率信号基本上从接收的模拟信号中去除。
在高功率选择信号衰减器中，通过监视主ADC的输出来动态地控制衰减器所执行的衰减，该ADC接收高功率选择性信号衰减器的输出。当主ADC接近饱和时，衰减级增加。当主ADC进一步从饱和衰落时，衰减级降低。这样，最大数量的信息可以由ADC转换，而不会将主ADC设置为饱和。
通过下文的详细描述以及借助于图面说明给出的附图，本发明将会更加容易理解，其中相同的附图标记表示各个附图中的对应部分，并且其中：
图1示意了根据本发明的高功率选择信号衰减器的一个实施例；
图2A示意了衰减之前的耦合信号；并且
图2B示意了衰减之后的耦合信号。
图1示意了根据本发明的高功率选择信号衰减器的一个实施例。如图所示，该高功率选择信号衰减器2选择性地衰减在输入端接收到的模拟主信号，并且将产生的衰减主信号提供给主ADC28的输入端。高功率选择信号衰减器基于从转换器时钟4接收到的时钟信号而工作，并且控制从控制电路32接收到的输入。控制电路32根据由处理器30在主ADC28输出端上的信号所执行的处理而产生控制输入。
如图1进一步所示出的，高功率选择信号衰减器2包括一个主通路6和一个前馈通路8。主通路6包括一个位于第一耦合器10和第二耦合器24之间的延迟器26。第一耦合器10将主通路上6的主信号耦合到前馈通路8。衰减器12衰减前馈通路8上的信号，并且副ADC16模-数转换衰减器12的输出。模-数转换器(DAC)18将副ADC16的输出转换成模拟信号，并且放大器20放大DAC18的输出。第二耦合器24将前馈通路8上的信号耦合回主通路6。
如图1进一步所示出的，高功率选择信号衰减器2可选地包括一个颤动信号发生器34，第三耦合器14以及颤动信号删除器22。颤动信号发生器34产生以控制电路32所控制的幅度，产生一个低频颤动信号，并且该颤动信号由设置在衰减器12之后的第三耦合器14耦合到前馈通路8上。颤动信号删除器22删除颤动信号，并且设置在放大器20之后。衰减器12，放大器20，延迟器26以及颤动信号发生器34基于从控制电路32所接收到的控制输入而工作。而且，副ADC16和DAC18根据从转换器时钟4所接收到的时钟信号而工作。
下面将参考图1和图2A-2B来描述根据图1所示的本发明实施例的高功率选择信号衰减器。高功率选择信号衰减器2衰减这样的模拟信号，即该信号的幅度大于主ADC28的动态范围的最大功率电平。为此，超过最大功率电平的模拟信号由高功率选择信号衰减器2中的前馈通路来隔离，调整幅度，并且接着与主通路6上的主信号相组合，以选择地从主信号中删除部分这些该幅度信号(即高功率)。
具体地说，第一耦合器10将模拟主信号从主通路6耦合到副通路8。衰减器12将耦合信号的幅度衰减到小于由控制电路32所建立的功率电平门限。如下文将详细讨论的，控制电路32调整衰减器12的功率电平门限，以便超过ADC16的动态范围中的最大功率电平的耦合信号的幅度落入副ADC16的动态范围。也就是说，功率电平门限小于或等于最大功率电平。这种衰减操作的结果在于，在衰减之前落入副ADC16的动态范围的某些信号将不会再落入副ADC16的动态范围中。
图2A和图2B清楚地示意了衰减操作。图2A示意了在衰减之前，频率W1和W2上的耦合信号的幅度。如图所示，频率W1上耦合信号的幅度落入副ADC16的动态范围之内，而频率W2上耦合信号的幅度超出该动态范围。图2B示意了在衰减之后，频率W1和W2上的耦合信号的幅度。如图2B所示，频率W1上耦合信号的幅度现在低于副ADC16的动态范围，而频率W2上耦合信号的幅度位于该动态范围之内。
副ADC16将模拟耦合信号转换为数字信号。具体地说，只有幅度落入ADC动态范围之内的那些信号将经历转换。这样，频率W2将被转换，而频率W1将不被转换，因此，与频率W1相关的信息将会丢失。
由副ADC16所输出的数字信号由DAC18转换回模拟信号，并且从DAC18输出的模拟信号的幅度由放大器20所放大。放大器20的增益由控制电路32控制，以便由第二耦合器24耦合回主通路6上的信号幅度基本上等于在由第一耦合器10耦合回前馈通路8之前的相同信号幅度。也就是说，放大器20删除由第一耦合器10，衰减器12，第三耦合器(如果存在的话)，副ADC16,DAC18，颤动信号删除器22(如果存在的话)以及第二耦合器24所引起的主信号的衰减。由于衰减器12的功率电平动态地变化，控制电路32动态地改变与其相关的放大器20的增益。
如上所述，第二耦合器24接着将放大器20的输出耦合回主通路6，以便从前馈通路8耦合到主通路6的信号与主通路6上的信号异相180度。根据由前馈通路8上的部件(包括第一和第二耦合器10和24)所产生的相位差，延迟器26延迟主信号，以在由第二耦合器24耦合到主通路6上的信号与从主通路6上的延迟器26所输出的主信号之间建立180度的相位差。
由于耦合到主通路6上的信号主要包括高功率信号，这些信号与主信号中的高功率信号180度异相，这些高功率信号基本上从主信号中删除出去。
接着，通过描述由控制电路32动态控制高功率选择信号衰减器2，来描述可选的颤动信号产生。
利用颤动信号来改进ADC的操作是已知的现有技术。因此，不再描述使用颤动信号的概念基础。相反，仅描述高功率选择信号衰减器中的颤动信号的插入和去除。如图1所示，颤动信号发生器34以由控制电路32控制的幅度产生低频颤动信号，如下文所述，并且颤动信号由第三耦合器14耦合到前馈通路8上。颤动信号的增加影响和改进了副ADC16的操作。在从DAC18输出的模拟信号由放大器20放大之后，颤动信号删除器22删除来自前馈通路8的颤动信号。以这种方式改进了副ADC16的操作。
尽管衰减器12的功率电平门限以及放大器20的增益可以设置成固定值，但用于主ADC28模-数转换的主信号随着时间改变，并且由于缺少某些类型的、对于由高功率选择信号衰减器2所执行的衰减操作的动态控制，可能最终引起主ADC28的饱和。通过监视主ADC28的输出，确定该高功率选择信号衰减器12的输出是否接近将引起主ADC28饱和的电平，或者，下降到这样的电平，即主ADC28未能转换主信号中的多数信息。
为了动态控制高功率选择信号衰减器2的操作，信号处理器30在主ADC28的输出上执行一个频率分析。例如，信号处理器30在主ADC28的输出上执行一个快速傅里叶变换(FFT)，并且对FFT的各种频率上的功率求和，以得到一个总功率。控制电路32包括一个根据经验确定的查阅表，以便将总功率映射为合乎衰减器12需要的功率电平门限，放大器20的增益，以及可选地映射为颤动信号的幅度。本领域技术人员从上面的实例中可以很容易地理解，可以在主ADC28的输出上执行多种不同类型的分析，以确定主ADC28是否正接近饱和，或者与之相反，正远离饱和，以便可以放大主信号，来增加落入主ADC28的动态范围之内的信息量。
除了衰减器2的功率电平门限之外，经过延迟器26的延迟也影响良好的高功率信号如何被从主信号中删除出去。处理通过前馈通路8的信号所花费的时间随着被处理信号的频率而变化。因此，由第二耦合器24耦合到主通路6上的信号与由延迟器26输出到主通路6上的信号之间的相位差可以偏离180度，并且引起不良的抵消。这可以导致主ADC28接近饱和。
因此，除了衰减器12和放大器20的动态控制，控制电路32动态地控制经过延迟器26的延迟。在一个实施例中，控制电路32接收由信号处理器30所执行的FFT，并且识别出具有超过预定门限的功率电平的频率，其中该预定门限指示主ADC28正接近于饱和。控制电路32接着递增地增加经过延迟器26的延迟，并且监视每次递增之后所识别出的频率上的功率。如果识别出的频率上的功率减少，控制电路32连续递增经过延迟器26的延迟，直到所识别出的频率上的功率不再减少。与减少相反，如果递增经过延迟器26的延迟引起识别处的频率上的功率的增加，则控制电路32开始递增地减少经过延迟器26的延迟。如果识别出的频率上的功率减少，控制电路32连续地减少经过延迟器26的延迟，直到所识别出的频率上的功率不再减少。与减少相反，如果递减经过延迟器26的延迟引起识别处的频率上的功率的减少，则控制电路32将经过延迟器26的延迟恢复到试图动态控制之前的初始值。
也可以对于放大器20的增益执行类似的操作，以计算出放大器增益与由前馈路8中的其他元件引起的衰减之间相关的不精确性。
控制电路32可以顺序地、并行地、以不同时间间隔执行衰减器12(并且连同放大器20)，延迟器26，以及放大器20的动态控制。预计每个不同的设计人员将以不同的方式来使用动态控制，以优化所设计系统的性能。
如上所述，根据本发明的高功率选择信号衰减了高功率信号，以便与之连接的ADC将不会被设置成饱和。此外，高功率选择信号衰减器被动态地控制，以便最大数量的信息被传送到ADC，而不用将ADC设置成饱和。
因而，很显然可以以多种方式对本发明做出变化。这些变化不会被认为是背离了本发明的精神和范围，并且这些变化应被包含于所附权利要求书的范围内。
Claims (19)
1．一种高功率选择信号衰减器，包括：
一个衰减模拟信号的衰减器；
一个第一模-数转换器(ADC)，用于将所述衰减器的模拟输出转换为数字输出；
一个数-模转换器(DAC)，用于将所述第一ADC的数字输出转换为模拟输出；
一个删除器，用于接收所述主信号以及来自所述DAC的所述模拟输出，并且从所述主信号中删除所述DAC的所述模拟输出。
2．根据权利要求1的衰减器，其中：
所述第一ADC将一个功率范围内的所述衰减器的所述模拟输出转换为数字输出，所述功率范围由一个最大和一个最小功率电平所限定；
所述衰减器衰减所述主信号，以便高于一个功率电平门限的功率电平被衰减到低于所述的功率电平门限，并且所述功率电平门限小于或等于所述最大功率电平。
3．根据权利要求1的衰减器，还包括：
一个耦合器，用于耦合一部分来自传输线的所述主信号，并且其中：
所述衰减器衰减来自所述耦合器的输出。
4．根据权利要求2的衰减器，还包括：
一个控制器，用于控制所述功率电平门限。
5．根据权利要求4的衰减器，其中所述控制器根据来自主ADC的输出，来控制所述功率电平门限，其中该主ADC依靠所述删除器的输出而工作。
6．根据权利要求4的衰减器，还包括：
一个放大器，用于在由所述删除器接收之前，放大所述DAC的所述模拟输出；并且其中
所述控制器结合所述功率电平门限的控制，来控制所述放大器的增益。
7．根据权利要求6的衰减器，还包括：
一个第一耦合器，用于耦合所述的主信号；
一个第二耦合器，用于将所述放大器的输出耦合到所述主信号上；并且其中
所述衰减器衰减所述第一耦合器的输出；
所述放大器放大所述DAC的所述模拟输出，以补偿至少由所述衰减器，所述第一耦合器以及所述第二耦合器所引起的衰减。
8．根据权利要求4的衰减器，还包括：
一个颤动信号发生器，用于生成一个颤动信号；
一个组合器，用于将所述颤动信号与所述衰减器的所述模拟输出相组合；
一个过滤器，用于将所述颤动信号从所述DAC的所述模拟输出中过滤出来；
所述控制器控制所述颤动信号的幅度。
9．根据权利要求1的衰减器，其中所述删除器包括一个耦合器，用于将所述DAC的所述模拟输出耦合到所述主信号中，以便所述DAC的所述模拟输出与所述主信号异相180度。
10．根据权利要求1的衰减器，还包括：
一个延迟器，用于在所述主信号由所述删除器接收之前，延迟所述主信号；
一个控制器，用于根据来自主ADC的输出，控制通过所延迟器的延迟时间，其中该主ADC依靠所述删除器的输出而工作。
11．根据权利要求1的衰减器，还包括：
一个颤动信号发生器，用于生成一个颤动信号；
一个组合器，用于将所述颤动信号与所述衰减器的所述模拟输出相组合；
一个过滤器，用于将所述颤动信号从所述DAC的所述模拟输出中过滤出来。
12．一种选择地衰减高功率信号的方法，包括：
衰减模拟的主信号；
首先将所述衰减器的模拟输出转换为数字输出；
其次将第一转换步骤的数字输出转换为模拟输出；
从所述主信号中删除第二转换步骤的所述模拟输出。
13．根据权利要求12的方法，其中
在一个功率范围内，所述第一转换步骤将所述衰减步骤的所述模拟输出转换为数字输出，所述功率范围由一个最大和一个最小功率电平所限定；
所述衰减步骤衰减所述主信号，以便高于一个功率电平门限的功率电平被衰减到低于所述的功率电平门限，并且所述功率电平门限小于或等于所述最大功率电平。
14．根据权利要求13的方法，还包括：
控制所述功率电平门限。
15．根据权利要求14的方法，其中所述控制步骤根据来自主ADC的输出，来控制所述功率电平门限，其中该主ADC依靠所述删除步骤的输出而工作。
16．根据权利要求15的方法，还包括：
在由所述删除步骤接收之前，放大所述第二转换步骤的所述模拟输出；并且其中
所述控制步骤结合所述功率电平门限的控制，来控制所述放大的。
17．根据权利要求15的方法，还包括：
生成一个颤动信号；
将所述颤动信号与所述衰减步骤的所述模拟输出相组合；
将所述颤动信号从所述第二转换步骤的所述模拟输出中过滤出来；
所述控制步骤根据所述功率电平门限的控制来控制所述颤动信号的幅度。
18．根据权利要求12的方法，还包括：
在所述删除步骤操作之前，延迟所述主信号；
根据来自主ADC的输出，控制通过所延迟步骤的延迟时间，其中该主ADC依靠所述删除步骤的输出而工作
19．根据权利要求12的方法，还包括：
生成一个颤动信号；
将所述颤动信号与所述衰减步骤的所述模拟输出相组合；
一个过滤器，用于将所述颤动信号从所述第二转换步骤的所述模拟输出中过滤出来。
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