用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，包括功率檢測電路和上沖檢測電路；功率檢測電路的時(shí)間常數(shù)通過外部分立器件可控，用于選擇時(shí)間常數(shù)，以保證能夠檢測出不同模式數(shù)字電視信號的功率上沖；所述上沖檢測電路包括具有高通特性的反相放大器、滯回比較器、參考電壓源和復(fù)位電路。本實(shí)用新型的有益效果是：優(yōu)化設(shè)計(jì)了功率檢測電路的時(shí)間常數(shù)，對信號幅度的隨機(jī)起伏起到平滑作用，同時(shí)保留了功率上沖的特征，既可以避免數(shù)字電視信號偽隨機(jī)性造成的誤動(dòng)作，又能實(shí)現(xiàn)功率上沖的檢測。電路簡單，穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)成本低。使功率上沖保護(hù)電路能方便地適用于采用中國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射系統(tǒng)功率放大器中。
【專利說明】用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功率過沖保護(hù)電路，更具體說，它涉及一種用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在中等功率(百瓦量級)和大功率(若干千瓦量級)數(shù)字電視無線發(fā)射系統(tǒng)中，射頻功率放大器處于高能、高熱的工作狀態(tài)，是故障率較高的部件之一。一旦射頻功率放大器發(fā)生故障，發(fā)射功率會(huì)下降甚至消失，導(dǎo)致劣播或停播事故。射頻功率放大器中，末級大功率晶體管是最容易損壞的部件。造成大功率晶體管損壞的主要原因包括:過熱、過激勵(lì)、過載。
[0003]由于散熱系統(tǒng)故障導(dǎo)致晶體管過熱的時(shí)間一般為秒的量級，通過監(jiān)測散熱系統(tǒng)工作狀態(tài)和關(guān)鍵部位的溫度，較容易實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。過激勵(lì)和過載都會(huì)導(dǎo)致器件內(nèi)部半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)生過壓擊穿，作用的機(jī)理有兩類:一是瞬時(shí)的射頻電壓超過半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(如柵極-源極或漏極-源極)的耐壓值，并持續(xù)一定的時(shí)間；二是由于漏極功率的突變導(dǎo)致漏極-柵極之間產(chǎn)生高幅度電壓，將柵極-源極擊穿，損害發(fā)生的時(shí)間從納秒至微秒不等。
[0004]針對末級大功率晶體管的保護(hù)措施如專利US6，424，216B1 (B2)，US7, 486，144B2和US7，352，240B2等。其中關(guān)于過激勵(lì)和過載的防護(hù)多采用平均功率檢測和峰值功率(電壓)檢測，檢測值一旦超限則給出保護(hù)信號，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)切斷大功率晶體管的柵壓或降低其激勵(lì)功率，達(dá)到保護(hù)功率管的目的。上述措施在數(shù)字電視廣播發(fā)射功放中應(yīng)用時(shí)需要面對如下的困難:
[0005]地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)多采用擴(kuò)頻通信的機(jī)理，其頻譜在通帶內(nèi)類似白噪聲，時(shí)域包絡(luò)也是呈隨機(jī)分布的特征。平均功率檢測需要較長的統(tǒng)計(jì)時(shí)間才能獲得平穩(wěn)的檢測結(jié)果，以中國地面數(shù)字電視國家標(biāo)準(zhǔn)(CTTB)為例，一個(gè)信號幀最長為625uS，平均功率檢測的統(tǒng)計(jì)時(shí)間不應(yīng)低于5?10個(gè)信號幀，即3?6mS，遠(yuǎn)大于過載或過激勵(lì)損害發(fā)生的時(shí)間。
[0006]另外，數(shù)字電視廣播的激勵(lì)器都是采用幅度-相位聯(lián)合調(diào)制，大多數(shù)情況還會(huì)采用正交頻分復(fù)用(OFDM)的調(diào)制方式，具有較高的峰值平均功率比(PAPR)。信號的幅度按一定的規(guī)律隨機(jī)分布，峰值越高出現(xiàn)的概率越小，持續(xù)時(shí)間越短。這種特征給峰值功率檢測和保護(hù)門限的確定帶來困難。隨機(jī)分布的幅度容易造成誤保護(hù)。
[0007]對于CTTB標(biāo)準(zhǔn)，不同幀頭模式的平均功率隨時(shí)間的變化特性是不同的，如圖1所示，在幀頭(11)長度是420 (55.6us)和945 (125us)兩種模式下，幀頭的平均功率比幀體
(12)高3dB，導(dǎo)致短時(shí)內(nèi)信號功率是不平穩(wěn)的，而幀頭長度為595 (78.7us)時(shí)幀頭和幀體平均功率相同。上述特性會(huì)影響峰值功率保護(hù)門限的選取:如果以幀頭期間的電平標(biāo)準(zhǔn)作為門限，則有可能幀體期間平均功率增大超過3dB時(shí)才啟動(dòng)保護(hù)，失去保護(hù)的意義。如果以幀體期間的電平作為門限，則幀頭出現(xiàn)時(shí)容易觸發(fā)誤動(dòng)作。所以對于數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，采用已有的過激勵(lì)或過載保護(hù)方案較難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效的保護(hù)。
[0008]隨著大功率晶體管工藝技術(shù)的進(jìn)步，抗失配性能上可以保證在超過45:1的負(fù)載電壓駐波比條件下晶體管安全工作。因此瞬時(shí)射頻電壓擊穿的情況會(huì)大幅減少，防護(hù)的重點(diǎn)是針對過激勵(lì)或過載造成漏極功率突變導(dǎo)致電壓擊穿的情況。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種針對數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，尤其是中國地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)效果好，不易誤觸發(fā)的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路。
[0010]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。這種用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，包括功率檢測電路和上沖檢測電路；功率檢測電路的時(shí)間常數(shù)通過外部分立器件可控，選擇時(shí)間常數(shù)，以保證能夠檢測出不同模式數(shù)字電視信號的功率上沖；所述上沖檢測電路包括具有高通特性的反相放大器、滯回比較器、參考電壓源和復(fù)位電路。具有高通特性的反相放大器利用高通網(wǎng)絡(luò)濾除功率檢測信號中的低頻分量，并通過鉗位二極管消除負(fù)向的功率變化，只將功率上沖量放大；所述滯回比較器，輸入信號是所述具有高通特性的反相放大器放大的輸出，當(dāng)上沖量幅度超過門限后會(huì)觸發(fā)滯回比較器使其翻轉(zhuǎn)，給出過沖指示信號，并將狀態(tài)鎖定；通過所述復(fù)位電路可以將所述滯回比較器的輸出信號清除，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；所述電壓參考源為所述具有高通特性的反相放大器和所述滯回比較器提供參考電壓。
[0011]作為優(yōu)選:采用對數(shù)線性的平均功率檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路，通過改變外接于輸出端的濾波電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
[0012]作為優(yōu)選:采用電壓線性的平均功率檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路，通過改變外接于輸出端的濾波電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
[0013]作為優(yōu)選:采用Analog Device公司的AD8362檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路,通過改變外接于CLPF端的電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
[0014]作為優(yōu)選:所述具有高通特性的反相放大器通過高低電平可以設(shè)定所述具有高通特性的反相放大器的增益，以適應(yīng)不同模式的數(shù)字電視信號。
[0015]作為優(yōu)選:所述具有高通特性的反相放大器，電容Cl的一端為輸入端，另一端與電阻Rl連接，Rl的另一端與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端連接；電阻R2 —端與運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，另一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；鉗位二極管Dl的負(fù)極與電容Cl和電阻Rl連接端連接，正極與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端連接；運(yùn)算放大器的輸出端與電阻R3的一端連接，另一端與電阻R4相連，連接點(diǎn)為具有高通特性的反相放大器的輸出端；電阻R4的另一端與NPN型三極管Ql的集電極連接；Q1的基極為模式設(shè)定輸入端；Q1的發(fā)射機(jī)接地；參考電壓源與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端連接。
[0016]作為優(yōu)選:所述滯回比較器的輸入端為電阻R5的一端；電阻R5的另一端與運(yùn)算放大器U2的反相輸入端連接；電阻R6的一端與所述參考電壓源連接，另一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端連接；電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端連接，該輸出端即是所述過沖指示信號的輸出端，另一端與U2的同相輸入端連接；NPN型三極管Q2的集電極與U2的同相輸入端連接，Q2發(fā)射極接地，Q2的基極與電阻R8的一端連接；電阻R8的另一端為復(fù)位信號的輸入端。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的用于數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，優(yōu)化設(shè)計(jì)了功率檢測電路的時(shí)間常數(shù)，對信號幅度的隨機(jī)起伏起到平滑作用，同時(shí)保留了功率上沖的特征，既可以避免數(shù)字電視信號偽隨機(jī)性造成的誤動(dòng)作，又能實(shí)現(xiàn)功率上沖的檢測。另外，本實(shí)用新型提出的上沖沿檢測電路將RC高通網(wǎng)路與肖特基二極管結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了針對功率上沖變化的有效檢測方法，電路簡單，穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)成本低。本實(shí)用新型針對中國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中不同幀頭模式信號特征不同的特點(diǎn)，在上沖沿檢測電路中設(shè)計(jì)了可通過外部信號控制放大器增益的功能，使功率上沖保護(hù)電路能方便地適用于采用中國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射系統(tǒng)功率放大器中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為CTTB數(shù)字電視信號幀功率變化示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的原理示意框圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中滯回比較器電壓門限示意圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型上沖檢測電路的模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。雖然本實(shí)用新型將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本實(shí)用新型限制在所述實(shí)施例中。相反，本實(shí)用新型將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0024]本實(shí)用新型提出的功率過沖保護(hù)電路，如圖2所示，包括平均功率檢測電路21和上沖檢測電路22兩部分。
[0025]平均功率檢測電路的輸入信號23取自功率放大器的輸入端或輸出端的定向耦合器，分別用于激勵(lì)功率或負(fù)載反射功率的過沖檢測。平均功率檢測電路可以采用集成電路芯片，也可以采用分立元件實(shí)現(xiàn)。無論采用何種形式，電路中均包含圖2所示RO和CO組成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)，作用于檢波器的輸出電壓，完成一定時(shí)間常數(shù)的平均作用。通過改變電阻RO和電容CO的取值，得到不同的時(shí)間常數(shù)τ d=RQCQ。電阻RO和電容CO可以是電路中獨(dú)立的原件，也可能部分包含于集成電路內(nèi)部。本實(shí)用新型實(shí)施例中采用對數(shù)線性檢波率的平均功率檢測集成電路AD8362，等效電阻RO位于集成電路內(nèi)部，組織約1.lk，需要外接電容CO實(shí)現(xiàn)平均濾波功能。本實(shí)施例中取CO為47nF，等效的時(shí)間常數(shù)為50us。在采用CTTB標(biāo)準(zhǔn)三種幀頭模式下，均可以檢測出持續(xù)時(shí)間大于等于200uS，幅度不低于+IdB的功率上沖。
[0026]功率檢測電路的輸出24為模擬低頻信號，輸入至上沖沿檢測電路22中。上沖沿檢測電路的輸出25給出過沖指示，為邏輯開關(guān)信號，當(dāng)沒有功率上沖時(shí)，輸出為一固定狀態(tài)(如低電平)，檢測到一次上沖后輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)(如低電平)并保持，通過“復(fù)位”端口 26可以將過沖指示復(fù)位。上沖沿檢測電路的模式選擇端口 27通過高低電平設(shè)定內(nèi)部放大器的增益，以適應(yīng)不同模式數(shù)字電視信號。
[0027]本實(shí)用新型實(shí)施例的上沖沿檢測電路如圖3，包括具有高通特性的反相放大器31、滯回比較器32和電壓參考源33。
[0028]具有高通特性的反相放大器31中，電容Cl與電阻Rl構(gòu)成高通網(wǎng)絡(luò)，濾除輸入信號中的直流和低頻分量。電容Cl的一端311作為上沖沿檢測電路的總輸入，來自功率檢測電路的輸出；電容Cl的另一端與電阻Rl的一端連接于312點(diǎn)，電阻Rl的另一端與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端連接。電阻R2 —端接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，另一端與Ul的輸出連接，構(gòu)成負(fù)反饋。運(yùn)算放大器的同相輸入端與參考源33連接。二極管Dl的正極與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，負(fù)極與電容Cl和電阻Rl串連匯接點(diǎn)312連接。Dl具有單向?qū)ㄗ饔?，?dāng)311點(diǎn)輸入電壓上升時(shí)，312點(diǎn)電壓上升，高于二極管Dl正極電壓Vref，二極管截止，上升沿信號被反相放大器放大；當(dāng)311點(diǎn)輸入電壓下降，導(dǎo)致312點(diǎn)電壓低于Vref-Vd (Vd為二極管結(jié)壓降)時(shí)，二極管導(dǎo)通并將312點(diǎn)電壓鉗位在Vref-Vd，選擇Vd很小的肖特基二極管，可以保證下降幅度超過Vd的負(fù)脈沖不會(huì)通過放大器放大。運(yùn)算放大器的輸出端還與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端與電阻R4和電阻R5連接在313處，313作為具有高通特性的反相放大器輸出端。電阻R4的另一端與NPN型三極管Q2的集電極連接；Q2的發(fā)射集接地，Q2的基極為模式設(shè)定輸入端口 314。當(dāng)模式選擇端口 314加高電平時(shí)，三極管Q2對地導(dǎo)通，電阻R4接地，與R3 —起對運(yùn)算放大器Ul的輸出端分壓，導(dǎo)致313點(diǎn)的電壓低于Ul的輸出電壓；當(dāng)模式選擇端口 314為低電平時(shí)，三極管Q2截止，運(yùn)算放大器的輸出電壓等于313點(diǎn)電壓。通過控制314的電壓，可以得到不同的放大增益。對于CTTB標(biāo)準(zhǔn)中幀頭取420和945的情況，由于幀頭功率高，導(dǎo)致功率檢測得到的電壓正向紋波較大，與幀頭595模式相比，同樣幅度的功率上沖，420和945模式檢測到的電壓正向電壓值要高于595模式。因此，對于前420和945幀頭，要將模式選擇端口 314加高電平，降低放大器的增益；595模式要將314加低電平,獲得相對較大的增益。
[0029]在不考慮二極管的作用時(shí)，由射頻輸入311至運(yùn)算放大器輸出的電壓傳遞函數(shù)為
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:包括功率檢測電路和上沖檢測電路；功率檢測電路的時(shí)間常數(shù)通過外部分立器件可控，用于選擇時(shí)間常數(shù)，以保證能夠檢測出不同模式數(shù)字電視信號的功率上沖；所述上沖檢測電路包括具有高通特性的反相放大器、滯回比較器、參考電壓源和復(fù)位電路；具有高通特性的反相放大器利用高通網(wǎng)絡(luò)濾除功率檢測信號中的低頻分量，并通過鉗位二極管消除負(fù)向的功率變化，只將功率上沖量放大；所述滯回比較器，輸入信號是所述具有高通特性的反相放大器放大的輸出，當(dāng)上沖量幅度超過門限后會(huì)觸發(fā)滯回比較器使其翻轉(zhuǎn)，給出過沖指示信號，并將狀態(tài)鎖定；通過所述復(fù)位電路可以將所述滯回比較器的輸出信號清除，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；所述電壓參考源為所述具有高通特性的反相放大器和所述滯回比較器提供參考電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:采用對數(shù)線性的平均功率檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路，通過改變外接于輸出端的濾波電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:采用電壓線性的平均功率檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路，通過改變外接于輸出端的濾波電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:采用Analog Device公司的AD8362檢波器實(shí)現(xiàn)所述功率檢測電路,通過改變外接于CLPF端的電容調(diào)整檢波時(shí)間常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:所述具有高通特性的反相放大器通過高低電平可以設(shè)定所述具有高通特性的反相放大器的增益，以適應(yīng)不同模式的數(shù)字電視信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:所述具有高通特性的反相放大器，電容Cl的一端為輸入端，另一端與電阻Rl連接，Rl的另一端與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端連接；電阻R2 —端與運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，另一端與運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；鉗位二極管Dl的負(fù)極與電容Cl和電阻Rl連接端連接，正極與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端連接；運(yùn)算放大器的輸出端與電阻R3的一端連接，另一端與電阻R4相連，連接點(diǎn)為具有高通特性的反相放大器的輸出端；電阻R4的另一端與NPN型三極管Ql的集電極連接；Q1的基極為模式設(shè)定輸入端；Q1的發(fā)射機(jī)接地；參考電壓源與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字電視功率放大器的功率過沖保護(hù)電路，其特征在于:所述滯回比較器的輸入端為電阻R5的一端；電阻R5的另一端與運(yùn)算放大器U2的反相輸入端連接；電阻R6的一端與所述參考電壓源連接，另一端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端連接；電阻R7的一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端連接，該輸出端即是所述過沖指示信號的輸出端，另一端與U2的同相輸入端連接；NPN型三極管Q2的集電極與U2的同相輸入端連接，Q2發(fā)射極接地，Q2的基極與電阻R8的一端連接；電阻R8的另一端為復(fù)位信號的輸入端。
【文檔編號】H03F3/20GK203537324SQ201320352456
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】劉寧, 靳會(huì)蕊, 張小龍, 黃傳彬 申請人:三維通信股份有限公司