专利名称：自适应阈值脉冲放大整形电路的制作方法
技术领域：
本发明涉 及一种电路，特别是涉及可以实现对接收到的信号进行放大整形的电路。
背景技术：
接收机接收到的射频信号经包络检波器检波后输出视频脉冲信号，由于脉冲干 扰、热噪声、接收通道的不一致性等原因可能使脉冲包络严重失真(幅度变化和时延扩 展)，此时的脉冲信号就不能直接用作脉冲参数的测量，而必须经过一定的处理。常规的处 理方法为首先将包络信号通过交流耦合器耦合至下一级，然后通过一级电压比较使脉冲 边沿陡峭，通常比较器的参考电压设为E/2(E为耦合输出的脉冲包络幅度)，比较后的脉冲 信号再通过脉冲整形电路后就可以交给下一级进行参数测量及跟踪。这样的处理方法存在着几个问题。首先，侦察接收机通常工作在复杂的电磁环境 中，在脉冲流密度较大时，交流耦合器不能完成信号脉冲的提取，例如两个脉冲相隔较近时 会被偶合成一个脉冲，造成脉冲丢失和处理错误。其次，由于接收机接收到的射频信号经过 视频检波后存在有直流偏量，该直流电平随温度、时间漂移，且由于接收通道的不一致性， 各通道检波后信号直流偏量也不一致，导致脉冲信号幅度差异较大，同时由于噪声的影响， 如果直接选用某一基准电平作比较，由此测量得到的脉宽就会产生较大误差和延迟，甚至 造成严重的虚警及漏报。合理的处理输入脉冲并设置适当的门限不仅可以降低虚警及漏报 概率，还可以减小因幅度而造成的脉宽测量误差，进而提高后端信号处理的速度及可靠性。
发明内容
本发明在于提供一种应用于雷达接收机的高精度的自适应阈值脉冲放大整形电路。本发明的目的是这样实现的本发明的自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是它是由求和放大器及其保护 电路、直流电平提取电路、基准电平自适应调节电路和脉冲比较整形电路构成，求和放大器 及其保护电路的输出作为直流电平提取电路的输入，再将求和放大器及其保护电路的输出 连接到脉冲比较整形电路比较器的正端，直流电平提取电路的输出连接到基准电平自适应 调节电路，将基准电平自适应调节电路得到的和值连接到脉冲比较整形电路比较器的负 端，脉冲比较整形电路比较器的输出连接到反相器，经过两级反相后得到最终输出。本发明的自适应阈值脉冲放大整形电路还可以包括1、所述的求和放大器及其保护电路包括运放、电阻、三极管及稳压管，三组信号分 别经过第二电阻、第三电阻和第四电阻后输入到第一运放的同相端，第六电阻连接到第一 运放的同相端，第一电阻和第五电阻相连构成第一运放的负反馈环节，第一运放反相端通 过第五电阻反馈到第一运放输出节点，第七电阻、第八电阻分别连接到第一三极管、第二三 极管的发射极，第十电阻、第十一电阻分别连接得到第三三极管、第四三极管的发射极，而第一三极管与第二三极管的基极相连，第三三极管与第四三极管的基极相连，在第一运放 输出节点接入第一稳压管。2、所述的直流电平提取电路包括电阻、电容和二极管，第一运放输出节点连接到 第一稳压管与第十三电阻的连接处，第一稳压管与第十三电阻的连接处通过第十三电阻后 连接到第十二电阻与第十三电阻的连接处，第十二电阻与第十三电阻的连接处通过第一电 容耦合到地，第十二电阻与第十三电阻的连接处通过第十二电 阻和第二二极管反馈到第一 稳压管与第十三电阻的连接处，第十二电阻与第二二极管构成放电回路。3、所述的基准电平自适应调节电路包括由数字电位器构成的可调输出电压基准 和由运放构成的加法器，第一电容的直流电平直接连接第一输入端子，数字电位器的调节 输出电压连接到端子第二，第一输入端子和第二输入端子分别通过第十六电阻和第十七电 阻输入到第二运放的同相端，第二运放及第十四电阻 第十八电阻构成加法器。4、所述的脉冲比较整形电路采用高速比较器，第十二电阻与第十六电阻的连接处 连接到比较器的负端，第一运放输出节点连接到比较器的正端，比较器的输出通过U5的两 级反向后得到最终输出。本发明的优势在于可以去除脉冲包络直流漂移的影响，减小因脉冲幅度所造成 的脉宽测量误差，降低噪声干扰的影响，进而降低虚警及漏报概率。
图1为本发明的理想情况下射频检波后的视频脉冲包络示意图；图2为本发明使用固定电平作为比较器的参考电压示意图；图3为本发明的使用自适应阈值作为比较器的参考电压示意图；图4为本发明的使用自适应阈值比较整形后的标准数字脉冲示意图；图5为本发明的自适应阈值脉冲放大整形电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 5，图1为理想情况下射频检波后得到的视频脉冲包络。由包络信号① 可以看出，在三个相距较长的时间段内脉冲包络的直流电平差异较大，此时的脉冲就不能 被数字器件识别，而必须通过比较整形之后才能与数字器件接口。若比较器的参考电压使 用固定比较电平，如图2中的固定比较电平②所示，则很容易造成脉冲的误判，并对脉宽测 量带来很大影响。图3所示为使用自适应阈值作为比较器的参考电压，比较电平③由脉冲 包络的直流电平和可调电压基准输出ΔΕ相加而来，不仅可以减小因直流漂移带来的脉冲 误判，而且调节适当的ΔΕ可以降低噪声干扰的影响。图4为使用自适应阈值脉冲放大整 形后得到的标准数字脉冲信号。本发明的自适应阈值脉冲放大整形电路由求和放大器及其保护电路、直流电平提 取电路、基准电平自适应调节电路和脉冲比较整形电路构成。本发明的自适应阈值脉冲放大整形电路首先将各通道检波后的脉冲包络信号进 行求和放大，这里并没有采用传统的交流耦合器方式，这是因为通常雷达信号的脉宽范围 为0. 05uS 500uS，重频范围IOHz ΙΟΟΚΗζ，而放大器与交流耦合器相比具有更好的低频特性和放大作用。同时，使用求和电路可以有效利用各通道的检波结果，达到抑制同频和相 关干扰的效果。在下一级比较器的参考电压端使用自适应阈值比较的方式，可以克服接收 机前端及放大器带来的直流漂移对测量脉宽造成的影响。为了防止放大器输出端过流或对 地短路而损坏，在放大器的电源端加入限流电路来限制输出电流。在放大器输出端接入由 稳压管组成的限幅器，防止输出端过压损坏输出级，同时又对下一级比较器的输入端起到 保护作用。放大后的脉冲包络仍然是不规则的，需要通过比较器比较使其边沿陡峭。根据 最小错误概率准则，比较电平应为E/2(E为放大器输出的脉冲包络幅度)，若比较电平为恒 定值，则可能造成某些脉冲的漏判，或因电路的积分效应使脉冲宽度失真，造成脉冲宽度测 量误差偏大。针对输入信号直流漂移问题，本发明提出一种自适应阈值电平比较方式，由一 组直流电平提取电路提取出包络信号的直流电平E1，加上有数字电位器构成的可调输出参 考电压ΔΕ，共同构成比较器的基准电压。从比较器输出的脉冲信号仍然不能直接用来进行 脉冲参数测量，需要通过脉冲整形电路，将其变为标准的数字电平信号，然后才能与其他数 字器件接口。
图5是自适应阈值脉冲放大整形电路的原理图。自适应阈值脉冲放大整形电路由 四部分构成，分别为求和放大器及其保护电路、直流电平提取电路、基准电平自适应调节电 路和脉冲比较整形电路。下面就各部分电路结构、原理及功能进行详细说明。参见图5，整形电路的第一部分求和放大器是由运放Ul构成的三输入同相加法电 路，三路检波输出信号分别连接到加法器的三个输入端，进行求和以后其和值的输出作为 第二部分直流电平提取电路的输入，同时也要连接到第四部分比较器U4的正端，作为比较 器的比较电压。第二部分电路从输入的和值信号中提取出直流分量并输出到第三部分。在 第三部分使用运放U3构建了一个同相加法器，其同相端的输入分别为第二部分提取的直 流分量和该部分数字电位器U2的输出，其相加的和值连接到第四部分比较器U4的负端，作 为比较器的参考电压。第四部分比较器的输出连接到反相器TO，经过两级反相后得到最终 输出Uo0第一部分求和放大器及其保护电路(图5中虚线框I选中的部分)，由运放Ul、电 阻RfRll、三极管Q1 Q4及稳压管Dl构成。将各接收通道检波后的结果进行求和运算后 再进行处理，可以有效抑制同频和相关干扰。本发明采用三通道接收，其三通道检波后的信 号Uil、Ui2、Ui3分别经过电阻R2、R3、R4后输入到运放Ul的同相端(“ +，，)节点①进行 求和，电阻R6起到平衡调节的作用。根据运放的虚短、虚断原则，运放反相端(“_”)节点 ②的电压和同相端节点①电压相同，电阻Rl和R5构成运放Ul的负反馈环节，节点②通过 R5反馈到运放输出节点③。根据同相加法电路的基本式可得Uil、Ui2、Ui3经过求和放大 后的输出结果Uo可表示为U0 = LR5 (i + ik+UiL)
0 Rn 5 R2 R3 R4其中，Rp= R2//R3//R4//R6, Rn = R1ZVR5当Rp = Rn 时，得U。=R5( 》)
K2 K3 K4
选择适当的电阻值，使得R2 = R3 = R4 = iR5贝ijU0 = k(Un+Ui2+Ui3) 从而达到求和和放大的目的。对于运放保护电路，电阻R7、R8分别连接到PNP三 极管Ql、Q2的发射极，RIO、Rll分别连接得到NPN三极管Q3、Q4的发射极，这四个电阻主 要是起到限流作用。而Ql与Q2 ；Q3与Q4基极相连，当Q1 Q4工作在放大区时，Ql与Q2 ； Q3与Q4组成镜像电流源。Q2与Q4提供了较大的基极电流。电路正常工作时Ql、Q3工作 在饱和区，电源+V、-V相当于直接接入运放。当输出电流增大时，促使电流源电流也增大， 当Ql、Q2集电极电流相等时，Q1 Q4进入放大区，处于电流源工作状态，流过Ql、Q3集电极 的电流将恒定不变，从而限制了输出电流的进一步增大，起到保护放大器的作用。另外，在 求和放大器Ul的输出端节点③接入稳压管Dl，起到输出限幅的作用。第二部分直流电平提取电路(图5中虚线框II选中的部分)，由电阻R12 R13，电 容Cl及二极管D2组成。第一部分求和放大器的输出节点③直接连接到第二部分的输入节 点④，输入节点④通过可调电阻R13后连接到第二部分的输出节点⑤，而⑤又通过电容Cl 耦合到地。实际上R13与Cl构成了低通滤波电路，可以提取出输入包络信号的直流电平。 而节点⑤又通过电阻R12和二极管D2反馈到第二部分的输入，实际上R12与D2构成放电 回路。设某一脉冲包络的底部电平为E0，顶部电平为E1，当脉冲上升沿到来时，二极管D2 截止，电容Cl充电，根据全响应状态方程可以算出电容Cl上的瞬时电压为Vc =E1 +(E0 -EJe^C1 其中，R ^ Rio增大R13使Cl上的充电电压变得缓慢。当脉冲包络下降沿到来并将至VC-VD时 (VD为二极管导通电压)，电容Cl开始放电。由于R12和二极管电阻rd都较小，电容上的 电压很快就降到了信号的底部，所以当信号的底部在漂移时，电容上的电压能及时的跟随 着变化。取出电容Cl上的电压就是所需的直流比较电平。第三部分基准电平自适应调节电路(图5中虚线框III选中的部分)，由数字电位 器U2，运放U3及电阻R14 R18构成。第二部分直流电平提取电路提取出的直流电平直接连 接第三部分的输入端子⑥，数字电位器U2的调节输出电压连接到端子⑦，然后⑥和⑦分别 通过电阻R16和R17输入到运放U3的同相端。实际上，运放U3及电阻R14 R18构成了加 法器，这和第一部分中提到的求和放大器原理相同，这里就不再赘述。下面讲述这一部分的 实现原理。直流电平提取电路取出的直流比较电平还不能直接作为比较器的基准电压，因 为根据最小错误概率准则，比较电平应为E/2，因此还需为比较端提供一个基准电压源，以 脉冲幅度的某一中间值作为基准电平进行没脉冲宽度的测量。本发明中采用数字电位器U2 产生基准电压，该基准电压具有可编程控制的特点。如果该电压值设的过低，就可能引入更 多的噪声脉冲，不光增加了后端信号处理的负担，还可能导致虚惊概率增大；反之，如果该 电压值设的过高，又会遗漏脉冲，进而导致漏报概率上升。因此，该基准电压不能使用一个 固定值，而应该根据信号环境和分选结果实时的去调整，这是一个自适应的过程。该基准电 压和提取的脉冲包络的直流电平通过一个加法器相加后作为比较器U4的比较电压。这里 的加法器是由运放U3和电阻R14 R18构成的同相加法电路。加法器输出的和电压将作为 第四部分脉冲比较整形电路中比较器的参考电压。第四部分脉冲比较整形电路(图5中虚线框IV选中的部分)，由比较器U4和反相器TO组成。第三部分加法器的输出⑧连接到比较器U4的负端，而第一部分的输出③连接到比较器U4的正端，比较器的输出⑨通过TO的两级反向后到最终输出。比较器U4选用高 速比较器可以处理小脉宽的信号，同时可以减小延迟。比较器输出地脉冲信号仍然不能直 接用来进行脉冲参数测量，需要通过脉冲整形电路，将其变为标准的数字电平信号，然后才 能与其他数字器件接口。本发明中用于脉冲整形功能的芯片U5采用7414实现，该芯片包 含六反相器，由于在输入端使用了施密特触发器，因此对输入信号的上升时间和下降时间 没有限制，并且提高了输入端的抗噪能力。这里仅使用两个反相器级联构成脉冲整形电路。
权利要求
自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是包括求和放大器及其保护电路、直流电平提取电路、基准电平自适应调节电路和脉冲比较整形电路，求和放大器及其保护电路的输出作为直流电平提取电路的输入，再将求和放大器及其保护电路的输出连接到脉冲比较整形电路比较器的正端，直流电平提取电路的输出连接到基准电平自适应调节电路，将基准电平自适应调节电路得到的和值连接到脉冲比较整形电路比较器的负端，脉冲比较整形电路比较器的输出连接到反相器，经过两级反相后得到最终输出。
2.根据权利要求1所述的自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是所述的求和放大 器及其保护电路包括运放、电阻、三极管及稳压管，三组信号分别经过第二电阻、第三电阻 和第四电阻后输入到第一运放的同相端，第六电阻连接到第一运放的同相端，第一电阻和 第五电阻相连构成第一运放的负反馈环节，第一运放反相端通过第五电阻反馈到第一运放 输出节点，第七电阻、第八电阻分别连接到第一三极管、第二三极管的发射极，第十电阻、第 十一电阻分别连接得到第三三极管、第四三极管的发射极，而第一三极管与第二三极管的 基极相连，第三三极管与第四三极管的基极相连，在第一运放输出节点接入第一稳压管。
3.根据权利要求2所述的自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是所述的直流电平 提取电路包括电阻、电容和二极管，第一运放输出节点连接到第一稳压管与第十三电阻的 连接处，第一稳压管与第十三电阻的连接处通过第十三电阻后连接到第十二电阻与第十三 电阻的连接处，第十二电阻与第十三电阻的连接处通过第一电容耦合到地，第十二电阻与 第十三电阻的连接处通过第十二电阻和第二二极管反馈到第一稳压管与第十三电阻的连 接处，第十二电阻与第二二极管构成放电回路。
4.根据权利要求3所述的自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是所述的基准电平 自适应调节电路包括由数字电位器构成的可调输出电压基准和由运放构成的加法器，第一 电容的直流电平直接连接第一输入端子，数字电位器的调节输出电压连接到端子第二，第 一输入端子和第二输入端子分别通过第十六电阻和第十七电阻输入到第二运放的同相端， 第二运放及第十四电阻 第十八电阻构成加法器。
5.根据权利要求4所述的自适应阈值脉冲放大整形电路，其特征是所述的脉冲比较 整形电路采用高速比较器，第十二电阻与第十六电阻的连接处连接到比较器的负端，第一 运放输出节点连接到比较器的正端，比较器的输出通过U5的两级反向后得到最终输出。
全文摘要
本发明提供的是一种自适应阈值脉冲放大整形电路。它是由求和放大器及其保护电路、直流电平提取电路、基准电平自适应调节电路和脉冲比较整形电路构成。本发明可以去除脉冲包络直流漂移的影响，减小因脉冲幅度所造成的脉宽测量误差，降低噪声干扰的影响，进而降低虚警及漏报概率。
文档编号H03K5/01GK101873124SQ20101017971
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者李想, 林云, 赵仲恺, 郜丽鹏 申请人:哈尔滨工程大学