基于FPGA的数字幅频均衡功率放大器的解决方案

摘要：提出了一种基于FPGA 的数字幅频均衡功率放大器的设计方案。系统在完成基于AD620前级小信号放大电路设计的基础上，分析了阻带网络的幅频特性；结合分析结果与FIR 滤波算法给出了相应的滤波器组成方案。后级功率放大电路采用分立MOS 管实现。
  　　在现代通信系统中，码间干扰是制约通信质量的重要因素。为了减小码间干扰，需要对信道进行适当的补偿，以减小误码率，提高通信质量，接收机中能够补偿或减小接收信号码间干扰的补偿器称为均衡器。。本文提出了一种基于FPGA 的数字幅频均衡功率放大器的解决方案。
  　　1 系统总体设计
  　　本文设计了一种数字信号幅频均衡功率放大器的实现方案。设计主要由四个模块组成。分别为小信号放大，带阻网络衰减，数字信号幅度的均衡处理以及功率放大。其中小信号放大部分由精密度高、噪音系数小的运算放大器AD620 实现；数字信号处理部分以FPGA 为处理核心，辅助以A/D、D/A 模块进行模拟信号和数字信号的转换；末级功放电路采用分立的MOS管来实现。
  　　2 硬件电路设计
  　　2.1 前置放大电路设计
  　　前置小信号放大器利用低功耗高精度的仪表运放AD620[3]，在运放1 管脚和8 管脚之间介入可变电阻来实现增益可控，以满足题目中要求放大倍数不小于400 倍。前级放大电路如图1所示。根据AD620 的内部结构，其增益表达式如下：
  　　Au=(R1+R2)/RG+1=49.4k Ω / RG+1，其中，RG 的单位为k Ω 。
  　　2.2 带阻网络的计算
  　　阻带网络电路(详见赛题)。根据基尔霍夫定律：
  　　I1=I2+I3 (1)
  　　U1= I1Z1+I3Z3 (2)
  　　I3Z3= I2Z2+ U2 (3)
  　　U2= I2RL=600*I2 (4)
  　　由式(1)(2)(3)(4)得U1 、U2 的关系：
  　　（其中，Z1、 Z2 、Z3 分别为各谐振网络的总阻抗）
  　　采用Tina 仿真软件中的Signal Analyzer 测得带阻网络输出信号的幅频特性如图2 所示。
  　　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。