《中国有线电视》2007(18)CH I N A D I GI T AL CABLE T V・开发与应用・中图分类号:T N943.6 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2007)18-1700-03一种可变增益控制放大器□田 获(思科上海科学亚特兰大有限公司,上海200233)摘 要:通过对目前有线电视分配网络中放大器的增益和斜率控制所使用的各种方法进行分析和比较,提出了一种新的控制方案,就该方案中使用的新器件和一种可变增益控制(VGC)放大器的具体实现方法作了介绍,其中包括这种放大器的主要特点和整机设计要点。
关键词:有线电视;可调式步进衰减器;可调式步进均衡器;可变增益控制A Var i a ble Ga i n Con trol(VGC)Am pli f i er□TI A N Huo(Scientific A tlanta of Shanghai CO.,L td(a C I SCO Company),Shanghai200233,China) Abstract:Firstly,analysis and comparis on of the methods which are used t o contr ol the gain and sl ope of thea mp lifier f or CAT V distributi on net w ork syste m are p resented in this paper.Then,a ne w contr ol sche me isbr ought for ward.Several ne w devices used in the sche me,a Variable Gain Contr ol(VGC)Amp lifier and its realizing method are als o p resented,including the main features and essential designs of the a mp lifier.Key words:CAT V;adjustable stepp ing attenuat or;adjustable stepp ing equalizer;variable gain contr ol1 引言目前有线电视HFC网络中仍使用大量的放大器、光站(光接收机和光发射机)、调制器等各种信号传输和分配设备,为使系统和设备处于最佳工作状态,且能得到最合适的输入输出信号电平,就需要用到衰减器来控制放大器部分的增益和输入输出电平,用均衡器来补偿因电缆引起的放大器斜率变化,而对增益和斜率的控制有手动和自动两种方式,本文仅就手动增益和斜率的控制进行讨论。
2 常用的增益和斜率控制器件及方法(1)固定式衰减器和均衡器固定式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值明确直观、数值稳定的优点,但是,一个衰减器或均衡器只能有一个确定的衰减值或均衡值,如果要涵盖所有常用的衰减值和均衡值(例如0～15d B),就要有各种不同值的衰减器或均衡器,这就造成在设备现场调试时因备件不足而造成的不便,这是它的缺点。
(2)可变式衰减器和均衡器可变式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值连续可调的优点,但衰减值或均衡值无法直接显示出来,必须借助仪器才能得到所需要的值,且其内部碳膜片的频繁磨损可能造成数值不稳定,这是它的缺点。
(3)P I N二极管或集成电路组成的衰减器和均衡器目前,在欧洲市场上出现了一种用单片机和P I N 管及集成衰减器来组成增益和斜率控制的放大器,称作者简介:田 获(19512 ),男,工程师,从事光电(Op tical and RF)产品设备的研发工作,E-mail:huo.tian@。
0071为电子增益控制(EGC )放大器,这种放大器是通过软件和相应的硬件,使用手持式终端,通过插座连接放大器来实现对各级的增益、斜率和工作状态进行控制的,它无需拥有大量的固定、可变衰减器和均衡器等备用件和附件,因此EGC 放大器的许多人性化的控制功能受到了越来越多的用户欢迎。
但是,这些功能实现所需投入的开发费用是可想而知的,在选择合适的硬件配置的同时,还得编写和调试大量的相应软件,电路就变得非常复杂,而复杂的电路(主要是数字电路)又会对高频率、高增益的宽带放大电路的设计带来很大的难度,极易引起放大器的自激震荡。
要想将数字控制部分与射频电路部分之间的相互干扰减到最小,就得使用多层(4层以上)的印制板,这又使成本提高,即使使用了多层板,还要对电路排布作最合理的设计,才能使机器正常稳定地工作。
那么,是否有一种既能吸取现有方法的优点、克服它们的缺点,而又能方便地对机器进行控制的其他方法呢?回答是肯定的,以下介绍一种新的控制器件以及用它设计成的放大器。
3 一种新的增益和斜率控制器件这种被称为可调式步进衰减器或可调式步进均衡器(已申请专利,申请号:200710043550.1;200720072267.7;200710043549.9;200720072266.2)的器件,以1d B 为步进,有明确的数值显示。
它们采用类似旋转拨动开关的机械结构,将一周360°均分为16等分,在每一等分上分别装有从0～15d B 的电阻衰减网络,若在自身的印制板上加上相关外围电路就形成了均衡器,通过转动手柄就可方便地得到0～15d B 内的任意一个确定的衰减值或均衡值,而无需配备大量的附件和备件,也无需通过软件来控制,且能与目前常用的固定衰减器兼容。
它们有着良好的射频特性,输入、输出阻抗始终保持75Ω。
以可调式步进衰减器为例,在整个0～15dB 变化范围内、在5～1000MHz 的频宽内参数为:插入损耗<0.5dB ,平坦度<±0.25dB ,反射损耗>18dB ,这就给应用本器件来设计高性能的产品带来了很大的方便,以下是可调式步进衰减器和可调式步进均衡器的电原理图、外观图和电性能效果图。
3.1 电原理图(1)电阻衰减网络电原理图(见图1)(2)862MHz 均衡器外围电路电原理图(见图2)(3)电阻衰减网络阻值表(计算值,仅供参考)见表1。
图1 电阻衰减网络电原理图图2 862MHz 均衡器外围电路图表1 电阻衰减网络阻值表衰减值/d BR1R200/14.3265028.60323312.8212416.8157521.0124624.0100728.683.2832.371.0935.860.81038.852.61142.245.91244.940.21347.5835.321450.031.01552.3427.563.2 外观图(见图3)图3 可调式步进衰减器(或均衡器)外观1071《中国有线电视》2007年第18期 田 获:一种可变增益控制放大器3.3 电性能效果图(1)衰减器(见图4)图4 可调式步进衰减器电性能效果图(2)均衡器(见图5)图5 可调式步进均衡器电性能效果图4 一种可变增益控制(VGC )双向放大器4.1 电路框图(见图6)图6 VGC 双向放大器电路框图4.2 主要特点(1)整个放大器的衰减器和均衡器均采用可调式步进衰减器和可调式步进均衡器,只要转动手柄就能以方便快捷、明确直观的方式进行各级的增益和斜率控制,级间采用0～7.5d B 、每0.5dB 步进的衰减器,以减小第二级模块可能因衰减过大而造成的失真。
(2)各级放大模块的性能和增益都要经过选择和计算,以保证整机的噪声和失真指标,这里第一级增益为15d B ,第二级增益为12dB ,第三级增益为21dB (PHD ),带宽均为1GHz 。
整机的总增益可达40d B ,如不想要这么大的增益时,可通过拨动开关,关掉第一级模块,使整机的总增益变为28dB 左右,而噪声和失真指标不会受到大的影响。
(3)整机的设计带宽为1GHz,若带宽为862MHz,选用不同带宽的均衡器即可。
(4)选用不同分割频率的双工滤波器和高、低通滤波器,可用于不同分割频率的系统要求。
(5)当选用应答器后,整机可具有网管功能,通过下行的RX 信号和上行的T X 信号对机器的部分工作状态进行监控,也可对反向三态开关(0,6d B,∞)进行控制。
(6)在正向通道中加入高通滤波器(HPF )和低通滤波器(LPF ),在反向通道中加入低通滤波器(LPF )。
4.3 整机设计要点(1)由于整机的增益很高,频带很宽,很容易自激或使高端的频响变差,关键是要提高正反向通道的隔离性能,一般至少要求正反向通道总的隔离度大于正反向通道总的净增益,才有可能保证整机不会自激,提高隔离度的方法有:①提高接插附件(如双工滤波器、高低通滤波器和耦合器等)本身的隔离性能;②合理排布印制板,从物理上增强正反向通道和输入输出间的隔离性能;③加强正反向通道和输入输出间的屏蔽和接地;④在正向通道加入高通滤波器以抑制低端的串入信号,加入低通滤波器以抑制高端带外(>1GHz )的杂散信号,在反向通道加入低通滤波器以抑制高端的串入信号。
⑤双工滤波器等部件应尽量设计成卧式的,否则容易造成输入输出级之间的反馈而引起自激。
(2)要使机器在整个频段内有良好的频响,首先要调整好反射损耗指标,建议在提高接插附件本身的阻抗匹配性能的同时,对整机进行分段设计和调整,使各级的输入输出反射指标最佳,这对改善高端的频响效果尤为显著。
5 结束语以上介绍了可变增益控制放大器的概念和实现方法,其实这种放大器也可直接作为光站的射频平台,而可调式步进衰减器和可调式步进均衡器也可应用于对其他CAT V 设备的控制。
[收稿日期:2007207205]2071田 获:一种可变增益控制放大器 《中国有线电视》2007年第18期。