СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОШИБОК В УСТРОЙСТВАХ ЛИНЕАРИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК УСИЛИТЕЛЕЙ
METHOD OF GENERATING ERROR SIGNALS IN AMPLIFIER CHARACTERISTIC LINEARISATION DEVICES

Предлагаемый способ формирования сигналов ошибок в устройствах линеаризации характеристик усилителей относится к радиотехнике, к области линейного усиления. Способ определяет операции по определению отклонений (ошибок) амплитудных характеристик от линейных или отклонений коэффициента передачи линеаризируемого усилителя от номинального значения и по формированию корректирующих сигналов, компенсирующих отклонения при минимальных погрешностях, вносимых измерителями входных и выходных уровней.
Известные способы, патент СА 2291863 «A linear amplifier arrangement» от 10.06.2000, МПК H03F 1/32, H03F 1/34, и патент US 6512417 «Linear amplifier arrangement» от 28.01.2003, МПК H01F 1/26, включают в состав действий по линеаризации две основные операции:
1) определение величины отклонения (ошибки) характеристики путем сравнения величин сигналов в аналоговом или цифровом отображении с выходов двух датчиков-измерителей уровней входного и выходного сигналов линеаризируемого усилителя; выходные сигналы измерителей в реальном масштабе времени совмещены на входах сравнивающего устройства по фазам сравниваемых двух когерентных сигналов - амплитудных огибающих входного и выходного сигналов;
2) формирование по величине ошибки (отклонения), определенной сравнением двух уровней, каждый из которых измерен своим измерителем, корректирующим это отклонение сигнала (сигнала компенсации, сигнала предыскажений).
Известные способы определяют:
- измерение входного уровня измерителем входного сигнала;
- измерение выходного уровня измерителем выходного сигнала;
- определение ошибки сравнением одновременно поступивших на входы сравнивающего устройства входного и выходного сигналов, измеренных каждый своим измерителем.
Изложенное выше поясняется на фиг.2, где представлен фрагмент типовой схемы определения ошибки, реализуемой в известных устройствах линеаризации.
Входной измеряемый сигнал через аналоговую линию 23 задержки поступает на вход амплитудного детектора 18, выходное напряжение которого представляет собой аналоговое значение уровня огибающей входного сигнала. Выходной сигнал усилителя через аттенюатор 19 поступает на вход амплитудного детектора 20, выходное напряжение которого представляет собой аналоговое значение уровня огибающей выходного сравниваемого сигнала. Сравнение (вычитание) двух величин аналоговых уровней огибающих, то есть определение величины ошибки, проводится аналоговым сравнивающим устройством 21, как правило, операционным усилителем. Выходное напряжение сравнивающего устройства 21 и есть масштабированная ошибка (отклонение) в аналоговом виде, которая оцифровывается АЦП 22.
В другом известном устройстве - авторское свидетельство №1460769 «Усилитель высокочастотного сигнала» от 11.12.1986, МПК H01F 1/32, каждое напряжение огибающих дискретизируется и сравнение уровней проводится цифровыми методами.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство по патенту US 6512417 «Linear amplifier arrangement» от 28.01.2003, МПК H01F 1/26, которое взято за прототип.
Известное устройство линеаризации оперирует двумя видами корректирующих сигналов, компенсирующих отклонения характеристик от номинальных значений, а именно:
- табличные, занесенные в оперативную память (ОЗУ) значения сигналов, корректирующих до предельно возможных остаточных отклонений начальные исходные отклонения;
- корректирующие сигналы, компенсирующие текущие отклонения.
Табличные корректирующие сигналы в данном устройстве формируются в тестовом режиме, а сигналы, корректирующие текущие отклонения, в динамическом рабочем режиме. Для формирования как табличных, так и текущих корректирующих сигналов исходными данными служат величины отклонений (ошибок), определенные, как указывалось выше, сравнением двух уровней, измеренных каждый своим измерителем.
В известном устройстве формируют табличные значения корректирующих сигналов и текущие корректирующие сигналы:
а) табличные значения корректирующих сигналов
- тестово, пошагово по уровню входного сигнала для каждого измеряемого уровня, система линеаризации генерирует коды корректирующих сигналов, контролируя на каждом шаге величину ошибки отклонения; код, при котором ошибка равна нулю, записывается в ОЗУ как:
адрес: код уровня входного сигнала
данные: код корректирующего сигнала, соответствующего нулевой ошибке для этого входного уровня.
б) корректирующие сигналы компенсации текущих отклонений
- для каждого определенного схемой сравнения текущего значения отклонения путем функциональных преобразований кода отклонения в физическую величину напряжение формируется как величина корректирующего напряжения, воздействующего на модулятор-корректор ошибок.
Такой способ формирования как самой ошибки, так и сигналов, компенсирующих ошибки, имеет недостаток, ограничивающий его использование в широкодиапазонных усилителях с динамическим диапазоном уровней входного сигнала от пауз до пикового значения в 50-60 дБ из-за невозможности обеспечения идентичности амплитудных характеристик детекторов-измерителей и их идентичности в широком диапазоне частот. Неидентичность частотных характеристик вносит статическую, независимую от уровня огибающих ошибку в коэффициент передачи усилителя, а неидентичность амплитудных характеристик - динамическую, зависящую от сравниваемых уровней сигналов ошибку и, как следствие, вносит составляющую искажений огибающей, порождаемую самой системой линеаризации.
Целью предлагаемого способа формирования сигналов ошибок в устройствах линеаризации характеристик усилителей является сведение до минимума погрешностей, вносимых измерителями уровней в величины отклонений, в их значения и в величины корректирующих сигналов. Для этого применяют способ формирования сигналов ошибок в устройствах линеаризации характеристик усилителей, включающий операции по определению величин ошибок по уровню входного и выходного сигнала для формирования сигналов корректирующих ошибок как функций величин отклонений, который отличается тем, что с целью минимизации погрешностей, вносимых измерителями, измеряют уровни входного и выходного сигнала при формировании табличных корректирующих сигналов входным измерителем с записью в буферную память кода измеренного уровня входного сигнала и сравнивают записанный код входного уровня с кодом выходного уровня, измеряемого через нормированный аттенюатор тем же входным измерителем, устанавливают величину корректирующего напряжения, обеспечивающую равенство кодов входного и выходного уровней, и код установленной величины корректирующего сигнала заносят в оперативное запоминающее устройство корректирующих сигналов в ячейку с адресом, соответствующим коду уровня входного сигнала, одновременно вторым выходным измерителем измеряют уровень выходного сигнала усилителя и записывают код этого уровня в оперативное запоминающее устройство выходных уровней в ячейку с адресом, соответствующим коду уровня входного сигнала, а при формировании корректирующих сигналов компенсации текущих отклонений характеристик от номинального значения входным измерителем измеряют уровень входного сигнала, коду измеренного уровня присваивают статус адреса ячеек оперативных запоминающих устройств и через время, равное времени запаздывания сигналов по огибающей в усилительном тракте, одновременно считывают код текущего уровня выходного сигнала, измеряемого выходным измерителем, и код уровня выходного сигнала из ячейки оперативного запоминающего устройства выходных уровней с адресом-кодом уровня входного сигнала, сравнивают уровни и нормируют отклонения делением разности считанных выходных уровней на уровень выходного сигнала, считываемого из оперативного запоминающего устройства выходных уровней, и по значению нормированного отклонения коэффициента передачи от номинального значения как коду ошибки формируют текущее значение корректирующего сигнала.
В предлагаемом способе цель достигается изменением порядка проведения измерений и функций входного и выходного измерителей уровней сигналов.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства, работающего по заявленному способу, которое содержит входной измеритель 1 уровней как входного, так и выходного сигналов, коммутатор 10, обеспечивающий подключение входа измерителя 1 к измерительным контрольным точкам 2 при измерении входного уровня и точке 3 при измерении нормированного выходного уровня. Устройство включает в свой состав нормированный аттенюатор 13, нормирующий уровень выходного сигнала в измерительно-контрольной точке 3 для измерения уровня выходного сигнала измерителем 1, а также выходной измеритель 7, оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ 8) эталонных уровней выходного сигнала при номинальном значении коэффициента передачи тракта с усилителем 16, цифровой компаратор 9, нормализатор отклонений 12, цифроаналоговый преобразователь 17, буферную память 4 уровней входного сигнала, цифровой компаратор 6 чисел, оперативное запоминающее устройство 5 (ОЗУ 5) табличных значений сигналов, корректирующих через корректор 14 исходные отклонения коэффициента передачи, и модулятор-корректор 15 для компенсации (коррекции) текущих значений отклонения коэффициента передачи от номинального значения, процессор 11.
Предлагаемый способ определяет формирование сигналов ошибок и корректирующих сигналов в следующем порядке:
а) табличные значения корректирующих сигналов:
вход измерителя 1 через коммутатор 10 подключают к измерительной контрольной точке 2 входного сигнала и измеряют входным измерителем 1 уровень входного сигнала, код измеренного уровня входного сигнала записывают в буферную память 4, затем коммутатором 10 подключают вход измерителя 1 к измерительной контрольной точке 3 нормированного по уровню выходного сигнала и измерителем 1 измеряют уровень выходного сигнала. Процессором 11, генерируя коды корректирующего сигнала через корректор 14, управляют коэффициентом передачи тракта с усилителем 16 и, следовательно, уровнем сигнала в контрольной точке 3, измеряемого измерителем 1. Соотношение, разность измеряемого уровня выходного сигнала и уровня (в кодах) измеренного и записанного в буферную память 4 входного сигнала контролируют цифровым компаратором 6. При равенстве сравниваемых кодов импульсом («равно») с выхода цифрового компаратора 6 фиксируют значение (в кодах) корректирующего сигнала, обеспечивающего равенство сравниваемых кодов уровней входного и нормированного выходного сигналов и записывают значение корректирующего сигнала в оперативное запоминающее устройство 5 как:
адрес: код уровня входного сигнала
данные: код корректирующего сигнала, обеспечивающего равенство сравниваемых уровней входного и выходного сигналов, измеренных одним и тем же измерителем 1.
При достижении равенства уровней входного и выходного сигналов считывают выходные показания (коды) выходного измерителя 7 выходного уровня усилителя 16. Считанный код записывают в устройство 8 оперативной памяти (ОЗУ 8) как
адрес: код уровня входного сигнала (датчик кода - входной измеритель 1)
данные: код выходного уровня (датчик кода - выходной измеритель 7).
Поочередно пошагово, выполняя описанные выше операции для всех дискретных значений уровней входного сигнала в пределах динамического диапазона, определяют значения корректирующих сигналов как функцию уровня входных сигналов, записав данные в ОЗУ 5, а также таблицу соответствия кодов выходного измерителя 7 кодам входного измерителя 1, внеся таблицу как эталонную в ОЗУ 8. ОЗУ 8 будет активировано при формировании корректирующих сигналов, компенсирующих текущие значения отклонений;
б) при формировании текущих значений ошибок и сигналов, их корректирующих, предлагаемый способ определяет следующие операции:
- проводят измерения уровня входного сигнала входным измерителем 1 с результатом в формате кодового слова, используемого в дальнейшем как адрес ячеек для ОЗУ 5 и ОЗУ 8;
- осуществляют задержку цифровым способом, процессором 11 кода входного сигнала в адресных шинах ОЗУ 5 и ОЗУ 8 на время запаздывания радиосигнала по огибающей в тракте усилителя 16;
- по приходу адреса (кода уровня входного сигнала) к ОЗУ 2 считывают:
из ОЗУ 8 - значение кода эталонного уровня выходного сигнала, записанного в ОЗУ 8 при номинальном значении коэффициента усиления для уровня входного сигнала, соответствующего коду пришедшего адреса, и считывают с выхода измерителя 7 текущее значение уровня выходного сигнала;
- сравнивают считанные уровни, определяют разность уровней вычитанием из измеренного текущего значения значения эталонного уровня выходного сигнала, считанного из ОЗУ 8;
- измеренную разность уровней нормируют, приводя разность уровней к нормированному отклонению коэффициента передачи от номинального значения, для чего разность уровней делят на величину считанного из ОЗУ 8 эталонного уровня, операцию нормирования выполняет нормализатор отклонений 12;
- цифроаналоговым преобразователем 17 кода нормированного отклонения формируют сигнал коррекции текущих отклонений коэффициента передачи тракта от номинального значения, коррекцию текущих отклонений проводят с помощью модулятора-корректора 15. Сигналы управления, тактовые импульсы записи, считывания, сравнения, цифроаналогового преобразования формируют процессором 11.
Предлагаемому способу формирования сигналов ошибок в устройствах линеаризации характеристик усилителей присуще следующее.
1) Способ позволяет минимизировать погрешности, вносимые измерителями уровней в значение величины отклонений, как при формировании табличных, так и текущих корректирующих сигналов за счет проведения измерений сравниваемых величин (уровней сигнала) одним и тем же измерителем, что минимизирует в составе величины отклонения долю систематической погрешности измерителя.
2) Способ позволяет применять в устройствах линеаризации измерители, отличающиеся энергетическими режимами, видом амплитудных характеристик, и с неидентичными частотными характеристиками. Неидентичность амплитудных характеристик измерителей вносит погрешности в величину определяемой ошибки отклонения и в величины табличных и текущих корректирующих сигналов. Последнее крайне актуально для систем линеаризации широкодиапазонных усилителей при динамическом диапазоне уровней входного сигнала в 50, 60 и более дБ.
Техническая реализация устройств, базирующихся на предложенном способе, не требует никаких элементов с особыми характеристиками или функциями.