專利名稱：發(fā)射機的電源調(diào)制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)幅無線電發(fā)射機的電源調(diào)制電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的放大器電路，例如授予Swanson的美國專利NO.4,403,197使用增量信號源的數(shù)字開關(guān)來把振幅和頻率變化的輸入信號放大到高功率電平。每個開關(guān)有兩種狀態(tài)。在第一種狀態(tài)，把相關(guān)的增量電壓源串聯(lián)到輸出端上的另一些被選擇的電壓源上，而在另一種狀態(tài)，把相關(guān)的增量電壓源從輸出端斷開。
在實現(xiàn)這種調(diào)幅無線電發(fā)射機的串聯(lián)開關(guān)電源調(diào)制電路時，再現(xiàn)的問題是當開關(guān)算法要求靠近串疊的接地端的開關(guān)組件中的一個組件接通或斷開時，會產(chǎn)生階梯函數(shù)的變化，該變化被加到在其之上的所有組件對地的電壓上。由于這些電路內(nèi)的電源變壓器的次級繞組不可避免地對地具有明顯的電容(在初級和次級之間的靜電屏蔽)，所以這又產(chǎn)生了較大的瞬態(tài)容性電流。
授予Lodahl的美國專利No.4,745,368使用了限流器，來限制由于級聯(lián)半導體二極管的整流特性引起的半導體開關(guān)的高峰值電流。Lodahl還使用了線性化器件，補償放大器的傳輸特性的非線性。雖然Lodahl限制了瞬態(tài)電流，并改善了開關(guān)放大器的線性度，但它沒有為每個組件提供均化容性電流的手段。因此，靠近串疊開關(guān)的接地端的組件的容性電流仍然較大，而靠近串疊開關(guān)的頂端的組件的容性電流很小。在如Turner(美國專利No.4,560,944)和Beeken(美國專利No.4,730,167)所揭示的其它可開關(guān)的電源調(diào)制無線電發(fā)射機中也出現(xiàn)這種容性電流變化。這種容性電流的變化會產(chǎn)生開關(guān)次數(shù)的變化，因此，使輸出的音頻波形失真。
而且，Turner和Beeken的組件開關(guān)順序使用了簡單的“爬行”(inchworm)順序，在這種順序中，組件按它們在層疊中位置的順序接通，從最下面開始。自相鄰組件接通后，由于被順序開關(guān)的組件之間的在電氣上和物理上都非常貼近，所以幾個被順序開關(guān)的組件產(chǎn)生了瞬態(tài)電壓，并且相加。這引起了不對稱的負荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電路通過在所有組件之間平均地分配低通濾波器的輸入電感，減少了這些電壓瞬變現(xiàn)象和產(chǎn)生的容性電流。然后，在一些相鄰組件的電感器(它們與變壓器繞組的電容一起形成分布參數(shù)低通濾波器)之間分配由于一個組件接通或斷開而產(chǎn)生的階梯函數(shù)電壓瞬變，把變化更緩的漸變電壓變化施加到余下的組件和負載上。這大大減小了容性電流，并使這些電流幾乎與被開關(guān)的組件的位置無關(guān)。
為了進一步減輕容性電流問題，組件的開關(guān)順序不應為如上所述的簡單的“爬行”順序。最好是被順序開關(guān)的組件在層疊中較大的距離分開；例如，以至少所有組件的四分之一的距離來分開被順序開關(guān)的組件。這就避免了把幾個被順序開關(guān)的組件的瞬態(tài)電壓加到同一組相鄰的電感器上。為了產(chǎn)生這一順序，使用了具有數(shù)字計數(shù)器和轉(zhuǎn)置地址譯碼的可編程邏輯電路，它以預定的順序接通組件，并以相同的順序斷開組件。它不需要任何的時間測量電路就能斷開已經(jīng)接通了最長時間的開關(guān)組件。
因此，本發(fā)明的一個目的是使用調(diào)幅無線電發(fā)射機的串聯(lián)開關(guān)電源調(diào)制電路，減輕開關(guān)靠近層疊的接地端的組件產(chǎn)生的電壓和電流瞬變現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一個目的是在調(diào)幅無線電發(fā)射機上再現(xiàn)失真較低的音頻波形。
本發(fā)明的再一個目的使用調(diào)幅無線電發(fā)射器的串聯(lián)開關(guān)電源調(diào)制電路，減輕開關(guān)相鄰組件引起的容性電流問題。
其它目的通過閱讀下面的描述將會變得明了。
附圖概述參見下面結(jié)合附圖所作的描述，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點，以及得到它們的方法將變得更明了，且能更好地理解本發(fā)明；其中

圖1是本發(fā)明提出的放大電路的方框圖。
圖2是數(shù)字信號處理器(DSP)的邏輯電路的方框圖。
圖3是本發(fā)明的堆?？刂频氖疽庑苑娇驁D。
在上述數(shù)張圖中，相應的參考符號表示相應的部件。此處陳述的例子是本發(fā)明的以一種形式實現(xiàn)的一個較佳實施例，這個例子不以任何方式構(gòu)成對本發(fā)明的范圍的限制。
本發(fā)明的實施方式此處描述的較佳實施例并不是窮舉的，或者把本發(fā)明限制在所揭示的明確的形式。選擇它來描述只是為了解釋本發(fā)明的原理和其應用與使用，以使本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員能理解本發(fā)明內(nèi)容。
此處以通常的AM發(fā)射機的RF調(diào)制狀態(tài)時所用的放大器來描述本發(fā)明，但本發(fā)明也可以用于各種發(fā)射機。
現(xiàn)在參見圖1，發(fā)射機系統(tǒng)包括產(chǎn)生待發(fā)射的幅度和頻率變化的音頻信號的音頻源2。該音頻信號VA提供給放大器4(調(diào)制器)，它把信號VA放大到所要求的功率電平，并在其輸出端把得到的幅度變化的信號提供給低通濾波器組件6。低通濾波器6用于限制輸出信號的帶寬，并抑制在開關(guān)放大器內(nèi)產(chǎn)生的高頻噪聲。然后把得到的信號提供給RF功率放大器。
如圖1所示，放大器電路包括音頻激勵器8。輸入的音頻通過RFI濾波器10到模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器11，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11中，把模擬信號轉(zhuǎn)換成包含多個單獨位的數(shù)字字。這些位一起表示在增量限度內(nèi)的輸入音頻信號的瞬時電平，并隨時間變化，以表示音頻信號的改變電平。數(shù)字信號處理器12根據(jù)發(fā)射機合適的調(diào)制需要，調(diào)節(jié)音頻信號的數(shù)字表示的幅度，對它進行低通濾波，以消除可能出現(xiàn)在輸入中的寄生頻率，并在調(diào)制器的輸出端把它與分壓器19的反饋信號比較。它把輸入信號的變化加到反饋誤差上，并從它得到多個有源組件內(nèi)所需的增量或減量的數(shù)字表示。
在開關(guān)控制邏輯13內(nèi)對數(shù)字信號處理器12的輸出進行處理，向光纖驅(qū)動器14提供控制信號，光纖驅(qū)動器14把光信號送至開關(guān)放大器18。由變壓器16的一個次級繞組和整流與濾波器17組成的一個電壓源饋送給每個開關(guān)放大器。開關(guān)放大器18的輸出電壓串聯(lián)相加，產(chǎn)生通過低通濾波器6送至射頻放大器10(發(fā)射機或負載)的可變輸出。現(xiàn)用開關(guān)放大器的輸出通過待用放大器的旁路二極管Dn耦合到負載。
音頻激勵器用眾所周知的先進先出(FIFO)緩沖器或經(jīng)常使用的堆棧技術(shù)的變形來控制開關(guān)放大器，圖3圖示了這種技術(shù)。在為1比特寬(串行)緩沖器的情況下，每個輸入數(shù)據(jù)位存儲在由“On”地址計數(shù)器27指示的存儲器位置上。在存儲了此位后，“On”計數(shù)器27讀數(shù)增加，以指出下一個合適的存儲器位置。由于這是一種模N計數(shù)器，所以當它增加到超出最后的存儲位置后會自動地返回到存儲塊的開始處，有效地把線性緩沖器或堆棧轉(zhuǎn)變成循環(huán)緩沖器或椎棧。同樣，“Off”地址計數(shù)器28可以按寫入它們的順序讀取這些位，而與緩沖器內(nèi)的比特數(shù)無關(guān)(先進先出)，并還可以在讀取之后擦除每一位的內(nèi)容。
根據(jù)這種普通的已知技術(shù)，開關(guān)控制是一簡單的步驟，在開關(guān)控制中，每個緩沖器位具有并行輸出，“On”計數(shù)器27總是把邏輯位寫入緩沖位中，并由“Off”計數(shù)器28擦除它們。每個緩沖位的輸出通過接地隔離用的光纖數(shù)據(jù)鏈路14控制開關(guān)放大器，從而每個有效位產(chǎn)生調(diào)制器輸出電壓的相等量增量。
送到譯碼器的地址位的轉(zhuǎn)置產(chǎn)生了所需要的非相鄰開關(guān)順序，在這一轉(zhuǎn)置過程中，只要可行，就從當前被接通的組件中除去每個組件，從而可以平均地分配瞬變電壓，如表1所示。雖然圖3示出了轉(zhuǎn)置框，但當根據(jù)表1連接線時能進行轉(zhuǎn)置時，就不需要另外的電路。
表1計數(shù)器(十進制) 二進制 位置互換 驅(qū)動器地址 差的絕對值0 000000 0000000 631 000001 10000032 322 000010 01000016 163 000011 11000048 324 000100 0010008 405 000101 10100040 326 000110 01100024 167 000111 11100056 328 001000 0001004 529 001001 10010036 3210 001010 01010020 1611 001011 11010052 3212 001100 00110012 4013 001101 10110044 32
… … ………6211111001111131166311111111111163320 0000000000000 63應當注意，這些堆棧電路自動地使開關(guān)放大器進行先進先出的操作，不需要如Furrer的專利(4,560,944)中所要的電路來監(jiān)視放大器的“接通”時刻。它還自動地使所有的整流器開關(guān)組件產(chǎn)生基本上相等的熱負荷，而無需附加任何電路。
圖2示出了典型的實現(xiàn)這種類型控制的邏輯。由數(shù)字信號處理器輸出的一個字的位確定音頻信號需要增加或減少現(xiàn)用開關(guān)放大器數(shù)目的時間(一般增量為1毫秒)，上/下信號表示該改變應為增加還是減少。該字存儲在輸入鎖存器21內(nèi)，這些位由并行/串行轉(zhuǎn)換器按順序送至計數(shù)器控制邏輯和可尋址鎖存器24。多路復用器29根據(jù)上/下信號AU/D的值選擇“on”或“off”地址計數(shù)器，并把三個地址位送至地址譯碼器23和8位可尋址鎖存器24的三個選擇輸入端。譯碼器23按規(guī)定路線把時鐘脈沖送至被尋址的存儲器位“鎖存器”，而上/下信號確定了位的新狀態(tài)。如果被選擇的位置為“on”，則計數(shù)器控制邏輯26將“on”計數(shù)器27增1，指示下一個要接通的存儲器位。如果被選擇的位置為“off”，則同樣把“off”計數(shù)器28增1。
放大器每次接通，數(shù)字信號處理器12就測試所有的開關(guān)放大器。如果有一個放大器沒有接通或斷開，則把其地址放在故障組件跳過比較器32之中的一個鎖存器內(nèi)。如果計數(shù)器內(nèi)的地址增加到等于被鎖存的地址，則比較器32的輸出變?yōu)檫壿?，而跳過多路復用器25產(chǎn)生另一個脈沖，促使計數(shù)器在下一個“on”或“off”脈沖之前超過有故障的組件的地址。所有這些脈沖的順序由連續(xù)工作的定時發(fā)生器的信號確定。
如果所有的開關(guān)放大器都斷開，則“on”和“off”計數(shù)器中的地址相等。如果數(shù)字信號處理器12錯誤地請求另一個放大器斷開，則溢出比較器30檢測該錯誤，并通過控制邏輯26禁止進一步增加“off”計數(shù)器28的計數(shù)。同樣，如果所有的放大器都接通，則溢出比較器30禁止增加“on”計數(shù)器的計數(shù)。如果沒有這種保護，數(shù)字信號處理器12由于企圖斷開已經(jīng)斷開的組件或者接通已經(jīng)接通的放大器而可能失去對開關(guān)放大器的控制。
二極管的級聯(lián)如圖1所示，它由二極管D1到DN串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)的二極管的一端連接到來自低通濾波器組件6的電容器的正極上。另一端形成開關(guān)放大器的輸出端，通過低通濾波器組件6連接到RF放大器20上。
另外，電感器L1到LN插在每個與開關(guān)組件相關(guān)的二極管之間，并把低通濾波器6的輸入電感實際上在所有組件之間進行平均分配。由于靠近疊層接地端的正在開關(guān)的組件產(chǎn)生的階梯函數(shù)電壓瞬變在一些相鄰的組件的電感器之間進行分配，而把更緩慢的漸變電壓變化施加到余下的組件和負載上。這基本上消除了瞬變電壓產(chǎn)生容性電流，使這些電流幾乎與被開關(guān)的組件的位置無關(guān)。
雖然已通過較佳的設(shè)計描述了本發(fā)明，但在上述揭示的精神和范圍之內(nèi)可以進一步改變本發(fā)明。因此，本申請擬用其一般原理覆蓋本發(fā)明的各種變化、使用或應用。而且，本申請擬覆蓋那些本發(fā)明所屬的并落入所附權(quán)利要求書范圍之內(nèi)的該技術(shù)領(lǐng)域中已知或慣用的實踐對上述揭示內(nèi)容的改變。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射機，其特征在于，包含多個可開關(guān)的電壓源，每個電壓源可開關(guān)地提供輸出電壓；多個二極管，每個所述二極管跨接在所述電壓源中的相應的一個上，把每個所述二極管串聯(lián)形成一具有輸出端子的串聯(lián)連接；多個電感裝置，把所述串聯(lián)連接的輸入電感在所述電壓源之間平均地分配，所述多個電感裝置可耦合在所述串聯(lián)連接內(nèi)的所述二極管的相鄰二極管之間；控制裝置，接收已調(diào)制的電壓信號，根據(jù)已調(diào)制的電壓信號的振幅的瞬時值開關(guān)所述電壓源；和根據(jù)出現(xiàn)在所述輸出端子上的電壓產(chǎn)生射頻信號的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射機，其特征在于，所述控制裝置和所述電壓源通過光耦合裝置連接。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射機，其特征在于，每個所述電壓源包括具有相關(guān)整流和開關(guān)裝置的變壓器。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含影響所述控制裝置的反饋裝置，所述反饋裝置耦合到所述控制裝置和所述串聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含低通濾波裝置，連接所述電壓源的所述串聯(lián)連接和所述射頻產(chǎn)生裝置。
6.一種發(fā)射機，其特征在于，包含接收輸入信號的裝置；多個以串聯(lián)方式設(shè)置的可開關(guān)電壓源；產(chǎn)生射頻信號的裝置，所述射頻產(chǎn)生裝置連接到電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置上；和控制裝置，根據(jù)輸入信號開關(guān)所述電壓源，所述控制裝置包括緩沖裝置，用以響應于輸入信號的改變根據(jù)預定的開關(guān)順序?qū)λ鲭妷涸吹拈_關(guān)順序進行排序，從而使以所述預定的開關(guān)順序相鄰的所述電壓源在所述電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置中基本上在物理上分開配置的。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，所述控制裝置和所述電壓源通過光耦合裝置連接。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，每個所述電壓源包括具有相關(guān)整流和開關(guān)裝置的變壓器。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含影響所述控制裝置的反饋裝置，所述反饋裝置耦合所述控制裝置和所述電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置。
10.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含限制所述射頻信號的低通濾波裝置，所述低通濾波裝置連接所述電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置和所述射頻產(chǎn)生裝置。
11.一種發(fā)射機，其特征在于，包含接收輸入信號的裝置；多個以串聯(lián)方式設(shè)置的可開關(guān)電壓源；產(chǎn)生射頻信號的裝置，所述射頻產(chǎn)生裝置連接到電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置；和控制裝置，根據(jù)輸入信號開關(guān)所述電壓源，所述控制裝置包括緩沖裝置，用以響應于輸入信號的改變根據(jù)預定的開關(guān)順序?qū)λ鲭妷涸吹拈_關(guān)順序進行排序，所述緩沖裝置包括多個單元，每個所述單元與所述電壓源中的一個相關(guān)聯(lián)，所述緩沖裝置包括一個on計數(shù)器和off計數(shù)器，分別指出所述單元中下一個要接通的單元和所述單元中下一個要斷開的單元。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，所述緩沖裝置包括防止各所述計數(shù)器超過另一個所述計數(shù)器的裝置。
13.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射機，其特征在于，所述控制裝置包括識別所述電壓源中不工作電壓源的裝置和以所述預定的開關(guān)順序跳過所述電壓源的所述不工作電壓源的裝置。
14.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，所述控制裝置和所述電壓源通過光耦合裝置連接。
15.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，每個所述電壓源包括具有相關(guān)整流和開關(guān)裝置的變壓器。
16.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含影響所述控制裝置的反饋裝置，所述反饋裝置耦合所述控制裝置和所述電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置。
17.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，進一步包含限制所述射頻信號的低通濾波裝置，所述低通濾波裝置連接所述電壓源的所述串聯(lián)設(shè)置和所述射頻產(chǎn)生裝置。
18.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，所述控制裝置包括識別所述電壓源中不工作電壓源的裝置和以所述預定的開關(guān)順序跳過所述電壓源的所述不工作電壓源的裝置。
19.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，所述緩沖裝置以先進先出方式工作。
20.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射機，其特征在于，所述on計數(shù)器和所述off計數(shù)器為模計數(shù)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線電發(fā)射機的電源調(diào)制器，它能分配輸入阻抗，并緩沖被開關(guān)的電源組件。通常以二極管級聯(lián)形式設(shè)置的串聯(lián)電源組件包括分配開關(guān)電源的輸入阻抗的獨立的電感器。由先進先出緩沖器控制電源的開關(guān)順序，使順序上相鄰的電源設(shè)置成物理上有較大間隔，從而可以更平均地分散電流瞬變和熱負荷。
文檔編號H03F3/20GK1134203SQ94194008
公開日1996年10月23日 申請日期1994年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月2日
發(fā)明者赫伯特·P·雅各布森 申請人:王冠國際公司