СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИМИ КАСКАДАМИ УСИЛИТЕЛЕЙ С РЕГУЛИРУЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ ПРИ ВЫРАБОТКЕ ОЦЕНКИ ПРИНИМАЕМОЙ МОЩНОСТИ СИГНАЛА Российский патент 2003 года по МПК H03G3/20 H04B1/10 

Изобретение относится к схемам автоматической регулировки усиления. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новой и усовершенствованной схеме автоматической регулировки усиления, выполненной с возможностью независимого управления несколькими каскадами усилителей с регулируемым усилением и при обеспечении оценки принимаемой мощности сигнала.

В современных системах связи приемник обычно содержит схемы автоматической регулировки усиления (АРУ) для усиления или ослабления принимаемых сигналов до требуемого опорного уровня с целью дальнейшей обработки их приемником. Возможная схема АРУ описана в патенте США 5099204 под названием "Усилитель с линейной регулировкой усиления", переуступленном обладателю прав на настоящее изобретение. Сущность системы связи, в которой применяются такие схемы АРУ, раскрыта в патенте США 4901307 под названием "Система связи с множественным доступом и расширенным спектром, в которой применяются спутниковые или наземные ретрансляторы", переуступленном обладателю прав на настоящее изобретение. Вышеуказанная система также описана во временном стандарте Ассоциации электронной промышленности и Ассоциации промышленности средств связи (АЭП/АПСС) IS-95 под названием "Стандарт совместимости подвижных станций и базовых станций для двухрежимной широкополосной сотовой системы с расширенным спектром" (EIA/TIA Interim Standard IS-95 "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System"), именуемом далее IS-95.

Подвижная станция, соответствующая IS-95, помимо выполнения требования, согласно которому поступающие сигналы подвергаются регулировке усиления для дальнейшей обработки, должна гарантировать, что мощность передаваемых ею сигналов обязательно регулируется, чтобы не создавать помехи другим подвижным станциям в системе. Такой алгоритм регулировки мощности описан в патенте США 5056109 под названием "Способ и устройство для регулировки передаваемой мощности в сотовой системе телефонной связи с подвижными объектами с множественным доступом с кодовым разделением каналов (МДКРК)", переуступленном обладателю прав на настоящее изобретение. Одним элементом в этом алгоритме регулировки мощности является применение измерения принимаемой мощности сигнала, так что, в отличие от систем, в которых единственным требованием к схеме АРУ является обеспечение подходящего опорного уровня поступающих сигналов, схема АРУ, соответствующая IS-95, должна предусматривать вычисление уровня принимаемого сигнала.

В идеальном случае можно было бы разработать усилители, которые были бы совершенно линейными, по меньшей мере, в некотором диапазоне. Тогда усилитель характеризовался бы уравнением f(x)=k₁x, где f(x) - выходной сигнал, х - входной сигнал, a k₁ - усиление усилителя. В действительности же усилители не являются совершенно линейными, и эта нелинейность вносит искажение в усиливаемый сигнал. Из всех возможных входных напряжений усилитель имеет напряжения, относящиеся к его "линейному" диапазону и к его "нелинейному" диапазону. В линейном диапазоне усилитель наиболее точно аппроксимирует линейный усилитель. Вносимое искажение можно приближенно рассматривать как составляющую третьего порядка. Более реалистичная характеристика усилителя задается уравнением f(x)=k₁x+k₃x³. Здесь k₃ - усиление составляющей третьего порядка. Усилитель с меньшим значением k₃ будет более линейным, чем усилитель с большим значением.

Один тип искажения, вносимого нелинейными усилителями, которое, в частности, создает проблемы, обусловлен интермодуляционными составляющими сигналов двух частот, которые находятся вне полосы, представляющей интерес для подвижной станции. Примером этого может служить система стандарта IS-95, действующая в непосредственной близости к узкополосной системе, такой как усовершенствованная система радиотелефонной связи с подвижными объектами (УСРСПО) или глобальная система связи с подвижными объектами (ГССО). Рабочая характеристика усилителя относительно интермодуляции определяется его точкой мощности продуктов интермодуляции третьего порядка (точкой МИМ3). В целях вычисления предполагается, что передатчики, работающие в полосе желательных частот, и источник нежелательных частот расположены поблизости. Это означает, что по мере перемещения подвижной станции в направлении к передатчику увеличивается и полезная принимаемая мощность, и мощность интермодуляции. Точка МИМ3 - это точка, в которой мощность продуктов интермодуляции третьего порядка двух тональных сигналов одинаковой мощности, смещенных по частоте, равна полезной составляющей первого порядка. Для оптимизации рабочей характеристики МИМ3 усилителя нужно минимизировать усиление третьего порядка, k₃.

Один способ улучшения рабочей характеристики МИМ3 заключается в увеличении "линейного" диапазона усилителя. Это можно сделать, подавая больший ток в усилитель. Однако в типовых системах связи с подвижными объектами мощность в подвижной станции является весьма критичным фактором и увеличение тока производится лишь тогда, когда это абсолютно необходимо. Сниженное потребление мощности оборачивается увеличенным временем ожидания и разговора на подвижной станции или, в альтернативном случае, сниженным требованием к батарее питания, что позволит снизить размеры и вес подвижных станций. Альтернативой увеличению линейного диапазона является уменьшение амплитуды поступающего сигнала для его сохранения в пределах существующего линейного диапазона усилителя.

Стандарт IS-95 задает минимальный уровень параметра, который определен в этом стандарте как подавление интермодуляции. Фиг.1 изображает типовой график коэффициента подавления интермодуляции. Для некоторого заданного диапазона принимаемой мощности приемник должен допускать некоторую величину помех или иметь некоторый коэффициент подавления интер-модуляции (КПИМ), как показано линией с пометкой "техн. тр." между точками ТТ1 и ТТ2 технических требований. Коэффициент подавления интермодуляции усилителя с фиксированной точкой МИМ3 будет увеличиваться на 1/3 дБ для каждого приращения принимаемой входной мощности на 1 дБ. Крутизна линии "техн. тр." может не быть равна 1/3 дБ на дБ, и этого значения на самом деле нет в стандарте IS-95. Крутизна в соответствии со стандартом IS-95 составляет приблизительно 1 дБ на 1 дБ. Если линия "техн. тр." такова, как показано на чертеже, то усилитель должен удовлетворять техническим требованиям в точке ТТ2. Это должно дать КПИМ, задаваемый линией (усиления) У1. Чтобы удовлетворить техническим условиям в точке ТТ1, можно было бы использовать усилитель с меньшим током, что дало бы КПИМ, задаваемый линией У2. Как показано, усилитель, который удовлетворяет точке ТТ2, спроектирован с запасом для точки ТТ1. Это проектирование с запасом можно считать равнозначным увеличению тока смещения, приводящему к уменьшению срока службы батарейки или к необходимости применения более дорогих элементов, или к обоим этим последствиям.

Схема АРУ, которая могла бы обладать свойствами, присущими линиям У1 или У2, изображена на фиг.2. Сигналы, принимаемые антенной 100, направляются в малошумящий усилитель (МШУ) 110 ультравысоких частот (УВЧ). Усилитель 110 показан с пунктирной стрелкой, указывающей возможный вариант усилителя с регулируемым усилением. Такая конфигурация с регулируемым усилением будет рассмотрена ниже. Принимаемый сигнал усиливается посредством МШУ 110 и преобразуется с понижением частоты в смесителе 115 с использованием частоты диапазона УВЧ, генерируемой гетеродином 120 УВЧ. Сигнал, преобразованный с понижением частоты, пропускается через полосовой фильтр 130 и усиливается усилителем 140 промежуточной частоты (ПЧ) с регулируемым усилением. Этот усиленный сигнал ПЧ затем преобразуется с понижением частоты в смесителе 145 с использованием частоты диапазона ПЧ, генерируемой генератором 150 частот диапазона ПЧ. Теперь принимаемый сигнал находится в полосе частот модулирующих сигналов, и блок 160 указания уровня принимаемого сигнала (блок 160 УУПС) формирует оценку принимаемой мощности сигнала. Разность между этой оценкой и опорной мощностью, хранимой в блоке 165 опорного уровня мощности, вычисляется в сумматоре 170, а блок 180 автоматической регулировки усиления при приеме (АРУП) воздействует на эту разность-ошибку для получения подходящего ЗНАЧЕНИЯ_АРУ 195.

ЗНАЧЕНИЕ_ АРУ 195 подается через линеаризатор 190 в усилитель 140 с регулируемым усилением. Линеаризатор 190 компенсирует любые нелинейные характеристики "дБ/В" усилителя 140 с регулируемым усилением. Линеаризация описана в патенте США 5627857 под названием "Линеаризованная цифровая автоматическая регулировка усиления", переуступленном обладателю прав на настоящее изобретение. Как известно в данной области техники, блок 180 АРУП может представлять собой совокупность схем, которые изменяют ЗНАЧЕНИЕ_АРУ с тем, чтобы сделать разность, вычисляемую в сумматоре 170, как можно более близкой к нулю. Сразу же после замыкания этого контура сигнал, находящийся в полосе частот модулирующих сигналов и выдаваемый из смесителя 145, находится на приемлемом уровне входной мощности и в дальнейшем может быть демодулирован (схемы для этого не показаны). Как правило, преобразование с понижением частоты в диапазоне ПЧ производится над синфазной и квадратурной составляющими сигнала, и осуществляется дополнительная фильтрация, что не показано на чертежах из соображений наглядности. Описанная схема будет обладать КПИМ-откликом, соответствующим линии У1 на фиг.1, при проектировании на фиксированный уровень тока. Отметим, что ЗНАЧЕНИЕ_АРУ можно использовать для оценки принимаемой мощности, но только после разложения на множители усиления всей цепи приема.

Один способ уменьшения использования излишнего тока предусматривает применение усилителя, рассчитанного на меньший ток, чем тот, который потребовался бы для формирования линии У1, и обеспечение возможности регулировки входного каскада усиления, т.е. МШУ 110, как показано пунктирной стрелкой на фиг. 2. Например, предположим, что этот усилитель представляет собой МШУ с переключаемым фиксированным усилением, означает, что он либо включен в данный момент с некоторым фиксированным усилением, либо вообще отключен. После отключения МШУ 110 произойдет уменьшение усиления или будет внесено ослабление. Это снижает требование к линейному диапазону для усилителя 140 ПЧ.

Когда каскад МШУ отключен, рабочие издержки покрываются за счет повышенного нижнего уровня шума. Приближенное значение отношения несущая/помеха (Н/П) равно этому нижнему уровню теплового шума схем усилителя плюс интермодуляционные составляющие плюс внутриканальная радиопомеха. Рабочая характеристика демодулятора является функцией отношения Н/П полосы частот модулирующих сигналов. С увеличением принимаемой мощности (несущей (Н)) может увеличиваться суммарная помеха. При условии, что нижний уровень шума остается приблизительно постоянным, если не выполняется переключение МШУ, можно в качестве компромиссной меры ввести границу превышения для улучшенной рабочей характеристики МИМ3 путем отключения усилителя, что приводит к получению улучшенной рабочей характеристики МИМ3 за счет повышенного нижнего уровня шума.

Фиг. 3 изображает линию "техн. тр." КПИМ, совпадающую с показанной на фиг. 1. Вместе с тем КПИМ только что описанного МШУ с регулируемым усилением совершенно отличен от линий У1 или У2 КПИМ. Усилитель должен иметь линейный диапазон и токопотребление для поддержки КПИМ, задаваемого участком К1 линии. Здесь ток меньше, чем тот, который необходимо подавать на усилитель для соответствия линии У1, показанной на фиг.1. Поскольку входная мощность увеличивается, предполагаемый к использованию диапазон линейности усилителя обязательно должен был бы оказаться ниже точки ТТ3 линии "техн. тр.". Вместо этого вносится ослабление путем отключения МШУ 110, и поэтому входные сигналы, поступающие в усилитель 140 ПЧ, переводятся в его линейный диапазон, а рабочая характеристика МИМ3 поднимается выше в этом примере - до рабочей характеристики, сравнимой с требуемой для получения линии У1. Это показано участком К2 линии. Аналогично, если используется МШУ 110 с действительно регулируемым усилением, а не просто включаемый и отключаемый, как в приведенном примере, рабочую характеристику цепи усилителей с АРУ можно сделать очень близкой к требуемой линии минимальных "техн. тр.", а следовательно - и минимального потребления мощности.

Значение суммарного усиления в цепи усилителей с АРУ можно использовать в качестве меры суммарной принимаемой мощности. Это возможно потому, что основная функция АРУ заключается в том, чтобы принимать уровень входной мощности и уменьшать его до уровня опорной мощности с использованием коэффициента усиления. Если коэффициент усиления известен, то известна и принимаемая мощность, поскольку известна опорная мощность. Однако для улучшения характеристики МИМ3 желательно иметь возможность изменять распределение ослабления или усиления по всем усилителям в цепи АРУ. Отметим, что в случае распределения усиления по каскадам ЗНАЧЕНИЕ_АРУ 195 не является подходящей оценкой. Как показано выше, распределение усиления по совокупности усилителей не обязательно автоматически дает общее значение усиления цепи АРУ, которое можно использовать в качестве оценки принимаемой мощности (а значит - и оценки передаваемой мощности). Таким образом, в уровне техники существует потребность в схеме АРУ, управляемой для улучшения рабочей характеристики МИМ3 при выработке полезной оценки принимаемой мощности.

Настоящее изобретение представляет собой новую и усовершенствованную схему АРУ, выполненную с возможностью работы с различными конфигурациями усилителей с АРУ для улучшения рабочей характеристики МИМ3 и уменьшения требуемого тока усилителя с одновременной выдачей оценки принимаемой мощности, которая остается достоверной независимо от распределения усиления или ослабления между различными усилителями. Обобщенная схема регулировки поддерживает эту оценку мощности в одном значении общего коэффициента усиления за счет распределения усиления, по меньшей мере, на два каскада усилителей в ответ на это значение. За счет программирования или жесткого кодирования немногих ключевых параметров обобщенная схема регулировки может использоваться с множеством конфигураций усилителей. Среди поддерживаемых конфигураций - переключаемые МШУ, переключаемые МШУ с регулируемым усилением, конфигурация с МШУ ПЧ и УВЧ с регулируемым усилением и конфигурация с развязанными МШУ ПЧ и УВЧ с регулируемым усилением. Изобретение можно распространить и на конфигурации многокаскадных усилителей. Хотя предпочтительный конкретный вариант осуществления включает в себя два каскада, один - для УВЧ и один - для ПЧ, можно с легкостью адаптировать изобретение к случаю трех или более каскадов. Чтобы приспособиться к временной динамике переключения усиления, можно применять различные схемы фильтрации для оценки мощности. Например, можно применить фильтр нижних частот во входном каскаде УВЧ, чтобы придать ему более медленный отклик, чем у каскада ПЧ. Все эти конфигурации и любое их подмножество могут поддерживаться в одном обобщенном устройстве.

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания при изучении его совместно с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые обозначения соответственно указывают одинаковые элементы на всех чертежах, где
фиг. 1 изображает типовой график коэффициента подавления взаимной модуляции,
фиг.2 изображает известную схему АРУ,
фиг. 3 изображает график коэффициента подавления интермодуляции, связанный с конфигурацией АРУ с переключаемым МШУ,
фиг. 4А изображает конфигурацию с переключаемым и/или ступенчатым усилением МШУ,
фиг.4В изображает конфигурацию с регулируемым усилением МШУ,
фиг.4С изображает переключаемый регулируемый аттенюатор,
фиг. 5 изображает предпочтительный конкретный вариант осуществления настоящего изобретения,
фиг. 6 подробно изображает обобщенную схему регулировки усиления, соответствующую настоящему изобретению,
фиг. 7А изображает обобщенную схему регулировки усиления, конфигурированную для применения совместно с переключаемым МШУ,
фиг. 7В изображает возможную статическую передаточную функцию ослабления УВЧ и/или ПЧ, соответствующую конфигурации, показанной на фиг.7А,
фиг. 8А изображает обобщенную схему регулировки усиления, конфигурированную для применения совместно с переключаемым аттенюатором с регулируемым усилением,
фиг. 8В изображает возможные статические передаточные функции ослабления УВЧ и/или ПЧ, соответствующие конфигурации, показанной на фиг.8А,
фиг. 9А изображает обобщенную схему регулировки усиления, конфигурированную для применения совместно с непереключаемым МШУ с регулируемым усилением,
фиг. 9В изображает возможную статическую передаточную функцию ослабления УВЧ и/или ПЧ, соответствующую конфигурации, показанной на фиг.9А,
фиг. 10А изображает обобщенную схему регулировки усиления, конфигурированную для применения совместно с непереключаемым МШУ с регулируемым усилением в альтернативной, развязанной конфигурации с усилением ПЧ и/или УВЧ, и
фиг.10В изображает возможную статическую передаточную функцию ослабления УВЧ и/или ПЧ, соответствующую конфигурации, показанной на фиг.10А
Настоящее изобретение обеспечивает обобщенную АРУ для множества конфигураций усилителей. Фиг.4А-4С изображают концептуально различные типы конфигураций усилителей, которые поддерживаются в изобретении. Они приведены просто в качестве примеров.

Фиг. 4А изображает конфигурацию с переключаемым и/или ступенчатым усилением МШУ, которая концептуально аналогична шунтированию МШУ. Переключатель 305 под управлением сигнала ДИАПАЗОН_МШУ осуществляет выбор между поступающим сигналом и поступающим сигналом, ослабленным посредством делителя 300 мощности (ДМ 300). Сигнал с переключателя проходит через МШУ 310, смеситель 315 УВЧ и попадает в усилитель 320 ПЧ с регулировкой усиления. Этот усилитель 320 ПЧ выбирает свое значение усиления под управлением сигнала КОРРЕКЦИЯ_ АРУ_ ПРИ ПРИЕМЕ. Усиленный сигнал затем подвергается преобразованию с понижением частоты с переводом в полосу частот модулирующих сигналов посредством смесителя 325 ПЧ. На практике ослабление посредством ДМ 300 можно реализовать путем шунтирования МШУ вместо ослабления сигнала. Это эквивалентно шунтированию одного или более каскадов многокаскадного МШУ.

Фиг. 4В изображает конфигурацию МШУ с регулируемым усилением. Она отличается от той, которая показана на фиг.4А, только входным каскадом. Вместо включения или отключения фиксированного ослабления под управлением сигнала ДИАПАЗОН_МШУ ДМ 300, переключатель 305 и МШУ 310 заменены на МШУ 330 с регулируемым усилением, которое устанавливается в соответствии с сигналом УСИЛЕНИЕ_МШУ.

Фиг.4С изображает переключаемый регулируемый аттенюатор. И в этом случае единственным отличием от фиг.4А и фиг.4В является входной каскад. Как и схема, изображенная на фиг.4А, эта схема вносит или отключает ослабление посредством переключателя 305 под управлением сигнала ДИАПАЗОН_МШУ. Вместе с тем регулируемый аттенюатор 330 под управлением сигнала УСИЛЕНИЕ_МШУ обеспечивает ослабление.

Фиг. 5 изображает один предпочтительный конкретный вариант осуществления настоящего изобретения. Он аналогичен схеме, изображенной на фиг.1, но имеет ряд важных отличий. Перед линеаризатором 190 приема введена обобщенная схема 200 регулировки усиления, которая получает сигнал ЗНАЧЕНИЕ_АРУ 195 в качестве входного сигнала. Обобщенная схема 200 регулировки усиления, которая более подробно описана ниже, обеспечивает управление МШУ 110 УВЧ и усилителем 140 ПЧ с регулируемым усилением. Она также работает совместно с необязательным линеаризатором 190 и необязательным линеаризатором 210 МШУ (что является еще одним дополнением к фиг.1). Как показано, МШУ 110 УВЧ имеет регулируемое усиление, но это необязательно. Обобщенная схема 200 регулировки усиления может конфигурировать все концептуальные режимы, описанные на фиг. 4А - 4С, и управлять ими. Регулировка усиления МШУ 110 УВЧ, если он является усилителем с регулируемым усилением, осуществляется с помощью сигнала УСИЛЕНИЕ_ МШУ посредством линеаризатора 210 МШУ (если необходим линеаризатор). Если применяется конфигурация с переключаемым МШУ, то МШУ 110 ПЧ включается или отключается по сигналу ДИАПАЗОН_МШУ. Управление МШУ 110 ПЧ осуществляется сигналом КОРРЕКЦИЯ_ АРУ_ ПРИ ПРИЕМЕ через линеаризатор 190 приема (если необходим линеаризатор). Отметим, что обобщенная схема 200 регулировки усиления управляет всеми усилителями на основании сигнала ЗНАЧЕНИЕ_ АРУ 195. Независимо от распределения усилений по различным усилителям в любой из поддерживаемых конфигураций, сигнал ЗНАЧЕНИЕ_АРУ как таковой задает усиление всей цепи усилителей, как описано выше, и может быть использован в качестве меры принимаемой мощности. Эту меру можно использовать в качестве опорного уровня мощности в передатчике (не показан).

Хотя функционирование этой схемы будет происходить с жестко заданными всеми необходимыми параметрами, в возможном конкретном варианте осуществления применяется микропроцессор 220 для управления схемами и получения сигнала обратной связи от них. Микропроцессор 220 используется для конфигурирования обобщенной схемы 200 регулировки усиления и может выдавать значения линеаризации в линеаризаторы 210 и 190, если линеаризаторы необходимы.

Подробное изображение обобщенной схемы 200 регулировки мощности представлено на фиг.6. Сигнал ЗНАЧЕНИЕ_АРУ, который отображает усиление всей цепи усилителей, подается в сумматор 350. Любое усиление, распределяемое на другие каскады цепи усилителей, вычитается из ЗНАЧЕНИЯ_АРУ, а остаток используется в качестве коэффициента усиления - т.е. сигнала КОРРЕКЦИЯ_АРУ_ПРИ ПРИЕМЕ. Независимо от фактического распределения усиления сигнал ЗНАЧЕНИЕ_ АРУ остается достоверной оценкой принимаемой мощности сигнала, полезной для решения таких задач, как регулировка передаваемой мощности.

При обычной работе ступенчатый регулятор 300 усиления и линейный регулятор 310 усиления срабатывают по сигналу ЗНАЧЕНИЕ_АРУ. Вместе с тем мультиплексоры 370 и 380 являются частью необязательной конфигурации, при которой подвергнутый фильтрации нижних частот вариант сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ, создаваемый фильтром 360 нижних частот (ФНЧ 360) принимаемой мощности, используется вместо самого сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ. Сигнал ВЫБОР_ФИЛЬТРАЦИИ_ДИАПАЗОНА_ МШУ используется для управления выбором отфильтрованного или неотфильтрованного сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ посредством мультиплексора 370. Сигнал ВЫБОР_ ФИЛЬТРАЦИИ_УСИЛЕНИЯ_МШУ используется для управления выбором отфильтрованного или неотфильтрованного сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ посредством мультиплексора 380. Если выбирается отфильтрованный в диапозоне нижних частот сигнал ЗНАЧЕНИЕ_ АРУ, то АРУ осуществляется главным образом на ПЧ (контур быстрой коррекции), при этом внешний контур медленной коррекции корректирует усиление УВЧ на основании более долговременной оценки принимаемой мощности. Для поддержки подавления интермодуляции при внутриполосных замираниях желательна более медленная коррекция усиления УВЧ. Отметим, что благодаря новой конструкции этой схемы регулировки, независимо от использования, отфильтрованного сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ или исходного сигнала ЗНАЧЕНИЕ_АРУ в блоках 300 ступенчатой или 310 линейной регулировки усиления (или в любом количестве применяемых дополнительных каскадов усиления или схем распределения усиления), посредством сигнала КОРРЕКЦИЯ_АРУ_ПРИ ПРИЕМЕ всегда обеспечивается остаточное усиление. Для ясности вариант с фильтрацией в дальнейшем не рассматривается, но может быть использован без потери общности.

Линейный регулятор 310 усиления срабатывает по сигналу ЗНАЧЕНИЕ_АРУ, выдавая сигнал УСИЛЕНИЕ_АРУ. Он конфигурируется посредством двух настроек, МИН_ АРУ_ МШУ и ДИАПАЗОН_УСИЛЕНИЯ_МШУ. Как показано, если принимаемая мощность, которая является входным сигналом, подаваемым в линейный регулятор 310 усиления из мультиплексора 380, меньше параметра (4), МИН_АРУ_МШУ, то УСИЛЕНИЕ_ АРУ будет нулевым. Когда принимаемая мощность увеличивается, проходя параметр (4), выходной сигнал увеличивается в соответствии с крутизной характеристики, равной 1, обеспечивая приращение в 1 дБ на каждый 1 дБ до тех пор, пока сигнал УСИЛЕНИЕ_МШУ не достигнет уровня, запрограммированного с помощью параметра (5), ДИАПАЗОН_УСИЛНИЯ_МШУ. Сигнал УСИЛЕНИЕ_МШУ используется для управления МШУ с регулируемым усилением, применяемым в качестве МШУ 110 УВЧ, показанного на фиг.5. Таблицы линеаризатора можно конфигурировать для обеспечения при необходимости иных линейных изменений, помимо 1 дБ на 1 дБ, для фактического усиления. Этот необязательный признак будет дополнительно рассмотрен ниже. Сигнал УСИЛЕНИЕ_МШУ подается в мультиплексор 320, из которого он проходит в сумматор 330, если не будет задан равным нулю, что программируется с помощью сигнала ВЫБОР_ЛИН_МШУ.

Ступенчатый регулятор 300 усиления срабатывает по сигналу ЗНАЧЕНИЕ_АРУ, выдавая сигнал выбора, РЕШЕНИЕ_МШУ, в мультиплексор 340 и значение СМЕЩЕНИЕ_ МШУ в сумматор 330, где происходит сложение со значением из мультиплексора 320. Ступенчатый регулятор 300 запрограммирован с помощью параметров ПАДЕНИЕ_ МШУ, РОСТ_МШУ и СМЕЩЕНИЕ_МШУ. Как показано, если принимаемая мощность, которая является входным сигналом, подаваемым в ступенчатый регулятор 300 усиления из мультиплексора 370, меньше параметра (2), РОСТ_МШУ, то выходной сигнал этого блока будет нулевым. Когда принимаемая мощность приемника возрастает, проходя параметр (2), выходной сигнал претерпевает ступенчатое (скачкообразное) увеличение до значения, запрограммированного с помощью параметра (3), СМЕЩЕНИЕ_МШУ. После этого активизируется сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ для выбора значения из сумматора 330 взамен нулевого значения. Выходной сигнал будет иметь полученное при ступенчатой регулировке значение (3), СМЕЩЕНИЕ_ МШУ, до тех пор, пока принимаемая мощность не упадет ниже параметра (1), ПАДЕНИЕ_ МШУ. При этом выходной сигнал снова установится равным нулю, а сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ будет отключен. Независимое управление параметрами (1) и (2) позволяет запрограммировать гистерезис таким образом, что усилитель не подвергается излишним переключениям в однопороговой точке активизации.

Сигнал РЕШЕНИЕ_ МШУ используется для выдачи сигнала регулировки, ДИАПАЗОН_ МШУ, для активизации переключаемого МШУ, показанного на фиг.5 как МШУ 110 УВЧ. Сигнал ДИАПАЗОН_МШУ может быть легко изменен на основании сигнала РЕШЕНИЕ_МШУ. Например, можно добавить задержку для согласования с характеристиками усилителя. В альтернативном варианте сигналом РЕШЕНИЕ_МШУ может управлять микропроцессор для управления блокировкой МШУ 110 УВЧ.

Выходной сигнал мультиплексора 340 представляет усиление, которое распределено на усилитель каскада УВЧ. Оно вычитается из ЗНАЧЕНИЯ_АРУ в сумматоре 350, а остаток используется в качестве значения усиления для усилителя каскада ПЧ. Для специалиста в данной области техники очевидно, что это решение можно расширить и изменить, не меняя основную структуру, таким образом, что сигнал ЗНАЧЕНИЕ_АРУ будет использоваться для замыкания контура АРУ, и обеспечивать оценку принимаемой мощности с одновременным распределением фактического усиления среди множества усилителей. Можно осуществлять регулировку более чем двух каскадов усилителей, а их усиления можно складывать и вычитать способом, показанным выше. Точно так же можно применять альтернативные схемы фильтрации сигнала ЗНАЧЕНИЕ_ АРУ, и настоящее изобретение обеспечит требуемые для этого характеристики.

Фиг. 7А изображает обобщенную схему 200 регулировки усиления, конфигурированную с возможностью осуществления управления переключаемым МШУ, концептуально показанным на фиг.4А. Эту конфигурацию можно применять с переключаемым МШУ 110 ПЧ с коэффициентом усиления, равным единице (показанным на фиг. 5). В этой конфигурации не используется выход сигнала УСИЛЕНИЕ_МШУ. Сигнал ВЫБОР_УСИЛЕНИЯ_МШУ используется для выбора нуля, прибавляемого к содержимому сумматора 330. В альтернативном варианте сигнал ДИАПАЗОН_УСИЛЕНИЯ_МШУ можно устанавливать таким образом, что на выходе сигнала УСИЛЕНИЕ_МШУ всегда будет нуль. Параметр СМЕЩЕНИЕ_ МШУ, (3), программируют для согласования усиления, обеспечиваемого МШУ УВЧ. Как описано выше, МШУ УВЧ включается и отключается в соответствии с принимаемой мощностью и параметрами ПАДЕНИЕ_ МШУ, (1), и РОСТ_ МШУ, (2). Пример получаемого ослабления для каждого из каскадов усиления ПЧ и УВЧ показан в виде графика на фиг.7В. Отметим, что сумма усилений ПЧ и УВЧ равна входному ЗНАЧЕНИЮ_АРУ, как и следовало ожидать.

Фиг. 8А изображает обобщенную схему 200 регулировки усиления, конфигурированную с возможностью осуществления управления переключаемым МШУ с регулируемым усилением, концептуально показанным на фиг.4С. Эту конфигурацию можно применять с переключаемым МШУ 110 УВЧ с регулируемым усилением (показанным на фиг.5). В этой конфигурации сигнал ВЫБОР_ЛИН_МШУ используется для выбора УСИЛЕНИЯ_МШУ, прибавляемого к содержимому сумматора 330. Параметры МИН_ УСИЛЕНИЕ_ МШУ, (4), и ДИАПАЗОН_УСИЛЕНИЯ_МШУ, (5), запрограммированы так, как описано выше, и сигнал УСИЛЕНИЕ_МШУ корректируется в соответствии с ними. Параметр СМЕЩЕНИЕ_МШУ, (3), запрограммирован для согласования усиления, обеспечиваемого МШУ УВЧ. Как описано выше, МШУ УВЧ включается и отключается в соответствии с мощностью приемника и параметрами ПАДЕНИЕ_МШУ, (1), и РОСТ_МШУ, (2). Два примера получаемого ослабления для каждого из каскадов усиления ПЧ и УВЧ показаны в виде графиков на фиг.8В. Эти два примера подчеркивают разницу, обусловленную относительными положениями параметров (2) и (4). В примере (а) МШУ включается прежде, чем прибавляется линейная составляющая усиления. В примере (b) линейная составляющая увеличивается до значения больше нуля прежде, чем происходит включение МШУ. Отметим, что сумма усилений ПЧ и УВЧ и в этом случае равна входному ЗНАЧЕНИЮ_АРУ, как и следовало ожидать.

Фиг. 9А изображает обобщенную схему 200 регулировки усиления, конфигурированную с возможностью осуществления управления переключаемым МШУ с регулируемым усилением, концептуально показанным на фиг.4В. Эту конфигурацию можно применять с непереключаемым МШУ 110 УВЧ с регулируемым усилением (показанным на фиг. 5). В этой конфигурации выход сигнала ДИАПАЗОН_МШУ не используется. Сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ блокирован для активизации мультиплексора 340 для выбора выходного сигнала сумматора 330. В альтернативном варианте параметры ПАДЕНИЕ_ МШУ, (1), и РОСТ_МШУ, (2), можно запрограммировать таким образом, что сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ всегда будет подключен. Сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ используется для выбора УСИЛЕНИЯ_МШУ, прибавляемого к содержимому сумматора 330. На выходе регулятора 300 усиления должен быть установлен нуль, что можно осуществить, запрограммировав параметр (3), СМЕЩЕНИЕ_МШУ, равным нулю, или - в альтернативном варианте - запрограммировав параметры (1) и (2) таким образом, что выходной сигнал никогда не будет подключен. Параметры МИН_УСИЛЕНИЕ_ МШУ, (4), и ДИАПАЗОН_УСИЛЕНИЯ_МШУ, (5), запрограммированы так, как указано выше, а сигнал ДИАПАЗОН_МШУ корректируется в соответствии с ними. Пример получаемого ослабления для каждого из каскадов усиления ПЧ и УВЧ показан в виде графика на фиг.9В. Отметим, что сумма усилений ПЧ и УВЧ и в этом случае равна входному ЗНАЧЕНИЮ_АРУ.

Фиг. 10А изображает обобщенную схему 200 регулировки усиления, конфигурированную с возможностью осуществления альтернативного типа управления МШУ с регулируемым усилением. Эту конфигурацию можно применять с непереключаемым МШУ 110 ПЧ с регулируемым усилением (показанным на фиг.5). В этой конфигурации каналы сигналов УСИЛЕНИЕ_ МШУ и КОРРЕКЦИЯ_АРУ_ПРИ ПРИЕМЕ отключены. Линеаризатор 190 приема и линеаризатор 210 МШУ запрограммированы с возможностью задания относительного распределения усиления между усилителями ПЧ и УВЧ. Выход сигнала ДИАПАЗОН_МШУ не используется. Сигнал РЕШЕНИЕ_МШУ блокирован для активизации мультиплексора 340 для выбора нуля. Поэтому выходной сигнал регулятора 300 усиления будет игнорироваться. Параметры ПАДЕНИЕ_МШУ, (1), и РОСТ_МШУ, (2), запрограммированы так, как описано выше, а сигнал УСИЛЕНИЕ_ МШУ корректируется в соответствии с ними. Пример получаемого ослабления для каждого из каскадов усиления ПЧ и УВЧ показан в виде графика на фиг. 10В. И опять, сумма усилений ПЧ и УВЧ случае равна входному ЗНАЧЕНИЮ_АРУ.

Вышеизложенное описание предпочтительных вариантов осуществления приведено для предоставления специалисту в данной области техники возможности воспроизвести или применить настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в эти варианты осуществления можно внести различные изменения и что охарактеризованные здесь обобщенные принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления. Таким образом, настоящее изобретение не сводится к описанным вариантам осуществления, а должно рассматриваться как соответствующее в самом широком смысле принципам и новым признакам, сущность которых раскрыта в описании.

Изобретение относится к схемам автоматической регулировки усиления. Технический результат заключается в улучшении рабочей характеристики усилителя относительно мощности продуктов интермодуляциии третьего порядка и уменьшении требуемого тока усилителя с одновременной выдачей оценки принимаемой мощности, которая остается достоверной независимо от распределения усиления или ослабления между различными усилителями. Обобщенная схема регулировки (ОСР) поддерживает эту оценку мощности в одном значении общего коэффициента усиления путем распределения усиления, по меньшей мере, на два каскада усилителей в ответ на это значение. За счет программирования или жесткого кодирования немногих ключевых параметров ОСР может использоваться с множеством конфигураций усилителей. 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для регулировки усиления, содержащее средство линейной регулировки усиления для получения первого значения регулируемого усиления в ответ на значение общего усиления, при этом первое значение регулируемого усиления равно нулю, когда общее усиление меньше, чем первое предварительно определенное пороговое значение, первое значение регулируемого усиления увеличивается линейно вместе с общим усилением, когда общее усиление больше, чем первое предварительно определенное пороговое значение, и первое значение регулируемого усиления перестает увеличиваться сразу же после достижения предварительно определенного уровня максимального усиления, средство ступенчатой регулировки усиления для получения сигнала регулировки постоянного усиления и значения постоянного усиления в ответ на значение общего усиления, при этом сигнал регулировки постоянного усиления отключен, и значение постоянного усиления равно нулю, когда общее усиление меньше, чем второе предварительно определенное пороговое значение, сигнал регулировки постоянного усиления подключен, и значение постоянного усиления соответствует предварительно определенному уровню постоянного усиления, когда общее усиление больше, чем третье предварительно определенное пороговое значение, и сигнал регулировки постоянного усиления подвергается гистерезису между подключением и отключением, а значение постоянного усиления подвергается гистерезису между нулем и предварительно определенным уровнем постоянного усиления, когда общее усиление находится между вторым предварительно определенным пороговым значением и третьим предварительно определенным пороговым значением, средство суммирования для получения второго регулируемого усиления, которое является суммой значения общего усиления, взятого со знаком минус предварительно определенного уровня постоянного усиления, когда сигнал регулировки постоянного усиления подключен, и взятого со знаком минус первого значения регулируемого усиления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнал регулировки постоянного усиления может быть программным образом отключен или подключен. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит фильтр для фильтрации значения регулировки общего усиления, первый мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство ступенчатой регулировки усиления, второй мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство линейной регулировки усиления. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит фильтр для фильтрации значения регулировки общего усиления, первый мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство ступенчатой регулировки усиления, второй мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство линейной регулировки усиления. 5. Устройство для регулировки усиления, содержащее средство линейной регулировки усиления для получения первого значения регулируемого усиления в ответ на значение общего усиления, при этом первое значение регулируемого усиления равно нулю, когда общее усиление меньше, чем первое предварительно определенное пороговое значение, первое значение регулируемого усиления линейно увеличивается вместе с общим усилением, когда общее усиление больше, чем первое предварительно определенное пороговое значение, и первое значение регулируемого усиления перестает увеличиваться сразу же после того, как оно достигло предварительно определенного уровня максимального усиления, средство ступенчатой регулировки усиления для получения сигнала регулировки постоянного усиления и значения постоянного усиления в ответ на значение, общего усиления, при этом сигнал регулировки постоянного усиления отключен, и значение постоянного усиления равно нулю, когда общее усиление меньше, чем второе предварительно определенное пороговое значение, сигнал регулировки постоянного усиления подключен, и значение постоянного усиления является предварительно определенным уровнем постоянного усиления, когда общее усиление больше, чем третье предварительно определенное пороговое значение, и сигнал регулировки постоянного усиления подвергается гистерезису между отключением и подключением, и значение постоянного усиления подвергается гистерезису между нулем и предварительно определенным уровнем постоянного усиления, когда общее усиление находится между вторым предварительно определенным пороговым значением и третьим предварительно определенным пороговым значением, первое средство суммирования для получения суммы значения постоянного усиления и программно выбранного нуля или первого значения регулируемого усиления и второе средство суммирования для получения второго регулируемого усиления, которое является суммой значения общего усиления и либо взятого со знаком минус выходного сигнала первого средства суммирования, когда сигнал регулировки постоянного усиления подключен, либо нуля, когда сигнал регулировки постоянного усиления отключен. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сигнал регулировки постоянного усиления может быть программным образом отключен или подключен. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит фильтр для фильтрации значения регулировки общего усиления, первый мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство ступенчатой регулировки усиления, второй мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство линейной регулировки усиления. 8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит фильтр для фильтрации значения регулировки общего усиления, первый мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство ступенчатой регулировки усиления, второй мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство линейной регулировки усиления. 9. Устройство для регулировки усиления, содержащее средство ступенчатой регулировки усиления для получения сигнала регулировки, обуславливающего обход каскада усиления, в ответ на значение общего усиления, средство линейной регулировки усиления для получения первого значения регулируемого усиления в ответ на значение общего усиления, средство суммирования для получения второго значения регулировки регулируемого усиления в виде разности между значением общего усиления и любого усиления, введенного в процессе регулировки с помощью средства ступенчатой регулировки усиления и средства линейной регулировки усиления. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что дополнительно содержит фильтр для фильтрации значения регулировки общего усиления, первый мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство ступенчатой регулировки усиления, второй мультиплексор для выбора между значением регулировки общего усиления и выходным сигналом фильтра для ввода в средство линейной регулировки усиления.