[发明专利]一种基于FPGA的时变信号功率检测与自动增益控制的方法

说明书

本发明属于仪器仪表领域，尤其涉及一种基于FPGA的时变信号功率检测与自动增益控制的方法：通过校准，得到检波电压与各个频率功率输入的对应关系，得到以频率、功率为坐标的数据表，数据表的频率和功率步进等长且固定。系统运行时，软件会加载完整的数据表用作功率的精确判断，同时，软件会将数据表部分数据作为参考电压置入FPGA，用于比较器比较。系统在得到检波电压后，通过ADC将数字信号传入FPGA内部逻辑。FPGA一方面直接将电压值传入软件，由软件比对完整数据表，得到精确的功率值。本发明实现了将检波电压判决为输入功率值，将电压值送交两路做处理，结合校准数据，在软件端保证了对结果准确性的要求，在硬件端保证高速响应的实时性要求。

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及仪器仪表功率校准、控制、测量领域。具体指一种在数字域稳定判决射频输入功率水平的方法。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，需要使用信号分析仪对各种无线信号做解调和分析。一个完整的信号分析仪系统，包括主控及基带模块、模数转换(Analog/DigitalConvert，简称ADC)模块、射频接收模块。

通常情况，用户在使用信号分析仪测量信号时，需要手动向分析仪设置输入信号的功率大小。如果实现仪器能够自动识别功率大小，并自动配置射频输入通道的增益参数，可以大大减轻仪器使用的繁琐程度，减少用户操作配置的步骤。

识别输入信号的功率大小，即功率检测。射频接收模块首先对输入信号进行耦合和检波，检波得到一个与信号功率大小成正比的电压值，电压值经过ADC转换为数字信号输送给FPGA，最终根据这个电压值判断出输入功率的大小。

功率检测功能一方面用于告知仪器使用者当前的输入功率，另一方面还需要实时判决当前功率所在的大致范围。对于这一过程，既要保证功率判决的实时性和响应速度，也要保证判决结果的准确度。同时输入功率的数值如果在判决临界点附近，功率的微小抖动会影响判决结果的稳定，导致判决区间上下跳变。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种包括功率检测前的校准过程，检测功能实现的算法逻辑，以及增加检测稳定性的逻辑结构的基于FPGA的时变信号功率检测与自动增益控制的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于FPGA的时变信号功率检测与自动增益控制的方法：

包括：获知检波电压与输入功率之间的对应关系；使用信号源先向电路输入已知功率的信号，然后读取检波电压值，各个可用频点、各个功率点都需获取它对应的电压值，最终得到一张以频率、功率为坐标的二维数据表，存有各点的电压值；根据数据表，用当前的检波电压值在数据表中做比对，得到当前的输入功率值。

作为本发明一种优选技术方案，对于信号分析仪的射频接收模块，获取到的输入功率有两个用途，一是告知用户当前的功率大小，选择由计算机软件来实现；FPGA获取电压值后，直接发送至工控机软件端，由计算机代码负责判定功率值。

作为本发明一种优选技术方案，功率值的另一个用途是根据功率大小变化改变射频电路器件的配置参数，需要将输入功率分为若干个区间，根据不同的区间配置相应的射频器件参数，在输入功率发生改变后，需要在最短的时间内配置好相应参数，选择直接在FPGA内部处理数据。

作为本发明一种优选技术方案，FPGA每个功率数值区间的边界都对应一组比较器，检波电压输入后，与判断边界对应的参考电压同时输入比较器，做大小比较，全部比较器输出集合为一串N比特长度的比较结果，然后对结果进行重新编码，即可判决出当前的功率区间，同时得到相应的控制寄存器地址，最终根据地址配置射频电路。

作为本发明一种优选技术方案，在获知频率、功率相对应的检波电压数据时，每隔固定频率步进和固定功率步进读取一组电压值。