专利名称：发射机的电源调制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种调幅无线电发射机的电源调制电路。
背景技术：
现有的放大器电路，例如授予Swanson的美国专利NO.4,403,197使用增量信号源的数字开关来把振幅和频率变化的输入信号放大到高功率电平。每个开关有两种状态。在第一种状态，把相关的增量电压源串联到输出端上的另一些被选择的电压源上，而在另一种状态，把相关的增量电压源从输出端断开。
在实现这种调幅无线电发射机的串联开关电源调制电路时，再现的问题是当开关算法要求靠近串叠的接地端的开关组件中的一个组件接通或断开时，会产生阶梯函数的变化，该变化被加到在其之上的所有组件对地的电压上。由于这些电路内的电源变压器的次级绕组不可避免地对地具有明显的电容(在初级和次级之间的静电屏蔽)，所以这又产生了较大的瞬态容性电流。
授予Lodahl的美国专利No.4,745,368使用了限流器，来限制由于级联半导体二极管的整流特性引起的半导体开关的高峰值电流。Lodahl还使用了线性化器件，补偿放大器的传输特性的非线性。虽然Lodahl限制了瞬态电流，并改善了开关放大器的线性度，但它没有为每个组件提供均化容性电流的手段。因此，靠近串叠开关的接地端的组件的容性电流仍然较大，而靠近串叠开关的顶端的组件的容性电流很小。在如Turner(美国专利No.4,560,944)和Beeken(美国专利No.4,730,167)所揭示的其它可开关的电源调制无线电发射机中也出现这种容性电流变化。这种容性电流的变化会产生开关次数的变化，因此，使输出的音频波形失真。
而且，Turner和Beeken的组件开关顺序使用了简单的“爬行”(inchworm)顺序，在这种顺序中，组件按它们在层叠中位置的顺序接通，从最下面开始。自相邻组件接通后，由于被顺序开关的组件之间的在电气上和物理上都非常贴近，所以几个被顺序开关的组件产生了瞬态电压，并且相加。这引起了不对称的负荷。
发明内容
本发明的电路通过在所有组件之间平均地分配低通滤波器的输入电感，减少了这些电压瞬变现象和产生的容性电流。然后，在一些相邻组件的电感器(它们与变压器绕组的电容一起形成分布参数低通滤波器)之间分配由于一个组件接通或断开而产生的阶梯函数电压瞬变，把变化更缓的渐变电压变化施加到余下的组件和负载上。这大大减小了容性电流，并使这些电流几乎与被开关的组件的位置无关。
为了进一步减轻容性电流问题，组件的开关顺序不应为如上所述的简单的“爬行”顺序。最好是被顺序开关的组件在层叠中较大的距离分开；例如，以至少所有组件的四分之一的距离来分开被顺序开关的组件。这就避免了把几个被顺序开关的组件的瞬态电压加到同一组相邻的电感器上。为了产生这一顺序，使用了具有数字计数器和转置地址译码的可编程逻辑电路，它以预定的顺序接通组件，并以相同的顺序断开组件。它不需要任何的时间测量电路就能断开已经接通了最长时间的开关组件。
因此，本发明的一个目的是使用调幅无线电发射机的串联开关电源调制电路，减轻开关靠近层叠的接地端的组件产生的电压和电流瞬变现象。
本发明的另一个目的是在调幅无线电发射机上再现失真较低的音频波形。
本发明的再一个目的使用调幅无线电发射器的串联开关电源调制电路，减轻开关相邻组件引起的容性电流问题。
其它目的通过阅读下面的描述将会变得明了。
附图概述参见下面结合附图所作的描述，本发明的上述及其它特征和优点，以及得到它们的方法将变得更明了，且能更好地理解本发明；其中
图1是本发明提出的放大电路的方框图。
图2是数字信号处理器(DSP)的逻辑电路的方框图。
图3是本发明的堆栈控制的示意性方框图。
在上述数张图中，相应的参考符号表示相应的部件。此处陈述的例子是本发明的以一种形式实现的一个较佳实施例，这个例子不以任何方式构成对本发明的范围的限制。
本发明的实施方式此处描述的较佳实施例并不是穷举的，或者把本发明限制在所揭示的明确的形式。选择它来描述只是为了解释本发明的原理和其应用与使用，以使本技术领域的熟练人员能理解本发明内容。
此处以通常的AM发射机的RF调制状态时所用的放大器来描述本发明，但本发明也可以用于各种发射机。
现在参见图1，发射机系统包括产生待发射的幅度和频率变化的音频信号的音频源2。该音频信号VA提供给放大器4(调制器)，它把信号VA放大到所要求的功率电平，并在其输出端把得到的幅度变化的信号提供给低通滤波器组件6。低通滤波器6用于限制输出信号的带宽，并抑制在开关放大器内产生的高频噪声。然后把得到的信号提供给RF功率放大器。
如图1所示，放大器电路包括音频激励器8。输入的音频通过RFI滤波器10到模/数(A/D)转换器11，在模/数转换器11中，把模拟信号转换成包含多个单独位的数字字。这些位一起表示在增量限度内的输入音频信号的瞬时电平，并随时间变化，以表示音频信号的改变电平。数字信号处理器12根据发射机合适的调制需要，调节音频信号的数字表示的幅度，对它进行低通滤波，以消除可能出现在输入中的寄生频率，并在调制器的输出端把它与分压器19的反馈信号比较。它把输入信号的变化加到反馈误差上，并从它得到多个有源组件内所需的增量或减量的数字表示。
在开关控制逻辑13内对数字信号处理器12的输出进行处理，向光纤驱动器14提供控制信号，光纤驱动器14把光信号送至开关放大器18。由变压器16的一个次级绕组和整流与滤波器17组成的一个电压源馈送给每个开关放大器。开关放大器18的输出电压串联相加，产生通过低通滤波器6送至射频放大器10(发射机或负载)的可变输出。现用开关放大器的输出通过待用放大器的旁路二极管Dn耦合到负载。
音频激励器用众所周知的先进先出(FIFO)缓冲器或经常使用的堆栈技术的变形来控制开关放大器，图3图示了这种技术。在为1比特宽(串行)缓冲器的情况下，每个输入数据位存储在由“On”地址计数器27指示的存储器位置上。在存储了此位后，“On”计数器27读数增加，以指出下一个合适的存储器位置。由于这是一种模N计数器，所以当它增加到超出最后的存储位置后会自动地返回到存储块的开始处，有效地把线性缓冲器或堆栈转变成循环缓冲器或椎栈。同样，“Off”地址计数器28可以按写入它们的顺序读取这些位，而与缓冲器内的比特数无关(先进先出)，并还可以在读取之后擦除每一位的内容。
根据这种普通的已知技术，开关控制是一简单的步骤，在开关控制中，每个缓冲器位具有并行输出，“On”计数器27总是把逻辑位写入缓冲位中，并由“Off”计数器28擦除它们。每个缓冲位的输出通过接地隔离用的光纤数据链路14控制开关放大器，从而每个有效位产生调制器输出电压的相等量增量。
送到译码器的地址位的转置产生了所需要的非相邻开关顺序，在这一转置过程中，只要可行，就从当前被接通的组件中除去每个组件，从而可以平均地分配瞬变电压，如表1所示。虽然图3示出了转置框，但当根据表1连接线时能进行转置时，就不需要另外的电路。
表1计数器(十进制) 二进制 位置互换 驱动器地址 差的绝对值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应当注意，这些堆栈电路自动地使开关放大器进行先进先出的操作，不需要如Furrer的专利(4,560,944)中所要的电路来监视放大器的“接通”时刻。它还自动地使所有的整流器开关组件产生基本上相等的热负荷，而无需附加任何电路。
图2示出了典型的实现这种类型控制的逻辑。由数字信号处理器输出的一个字的位确定音频信号需要增加或减少现用开关放大器数目的时间(一般增量为1毫秒)，上/下信号表示该改变应为增加还是减少。该字存储在输入锁存器21内，这些位由并行/串行转换器按顺序送至计数器控制逻辑和可寻址锁存器24。多路复用器29根据上/下信号AU/D的值选择“on”或“off”地址计数器，并把三个地址位送至地址译码器23和8位可寻址锁存器24的三个选择输入端。译码器23按规定路线把时钟脉冲送至被寻址的存储器位“锁存器”，而上/下信号确定了位的新状态。如果被选择的位置为“on”，则计数器控制逻辑26将“on”计数器27增1，指示下一个要接通的存储器位。如果被选择的位置为“off”，则同样把“off”计数器28增1。
放大器每次接通，数字信号处理器12就测试所有的开关放大器。如果有一个放大器没有接通或断开，则把其地址放在故障组件跳过比较器32之中的一个锁存器内。如果计数器内的地址增加到等于被锁存的地址，则比较器32的输出变为逻辑1，而跳过多路复用器25产生另一个脉冲，促使计数器在下一个“on”或“off”脉冲之前超过有故障的组件的地址。所有这些脉冲的顺序由连续工作的定时发生器的信号确定。
如果所有的开关放大器都断开，则“on”和“off”计数器中的地址相等。如果数字信号处理器12错误地请求另一个放大器断开，则溢出比较器30检测该错误，并通过控制逻辑26禁止进一步增加“off”计数器28的计数。同样，如果所有的放大器都接通，则溢出比较器30禁止增加“on”计数器的计数。如果没有这种保护，数字信号处理器12由于企图断开已经断开的组件或者接通已经接通的放大器而可能失去对开关放大器的控制。
二极管的级联如图1所示，它由二极管D1到DN串联构成，串联的二极管的一端连接到来自低通滤波器组件6的电容器的正极上。另一端形成开关放大器的输出端，通过低通滤波器组件6连接到RF放大器20上。
另外，电感器L1到LN插在每个与开关组件相关的二极管之间，并把低通滤波器6的输入电感实际上在所有组件之间进行平均分配。由于靠近叠层接地端的正在开关的组件产生的阶梯函数电压瞬变在一些相邻的组件的电感器之间进行分配，而把更缓慢的渐变电压变化施加到余下的组件和负载上。这基本上消除了瞬变电压产生容性电流，使这些电流几乎与被开关的组件的位置无关。
虽然已通过较佳的设计描述了本发明，但在上述揭示的精神和范围之内可以进一步改变本发明。因此，本申请拟用其一般原理覆盖本发明的各种变化、使用或应用。而且，本申请拟覆盖那些本发明所属的并落入所附权利要求书范围之内的该技术领域中已知或惯用的实践对上述揭示内容的改变。
权利要求
1.一种发射机，其特征在于，包含多个可开关的电压源，每个电压源可开关地提供输出电压；多个二极管，每个所述二极管跨接在所述电压源中的相应的一个上，把每个所述二极管串联形成一具有输出端子的串联连接；多个电感装置，把所述串联连接的输入电感在所述电压源之间平均地分配，所述多个电感装置可耦合在所述串联连接内的所述二极管的相邻二极管之间；控制装置，接收已调制的电压信号，根据已调制的电压信号的振幅的瞬时值开关所述电压源；和根据出现在所述输出端子上的电压产生射频信号的装置。
2.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述控制装置和所述电压源通过光耦合装置连接。
3.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，每个所述电压源包括具有相关整流和开关装置的变压器。
4.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，进一步包含影响所述控制装置的反馈装置，所述反馈装置耦合到所述控制装置和所述串联连接。
5.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，进一步包含低通滤波装置，连接所述电压源的所述串联连接和所述射频产生装置。
6.一种发射机，其特征在于，包含接收输入信号的装置；多个以串联方式设置的可开关电压源；产生射频信号的装置，所述射频产生装置连接到电压源的所述串联设置上；和控制装置，根据输入信号开关所述电压源，所述控制装置包括缓冲装置，用以响应于输入信号的改变根据预定的开关顺序对所述电压源的开关顺序进行排序，从而使以所述预定的开关顺序相邻的所述电压源在所述电压源的所述串联设置中基本上在物理上分开配置的。
7.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述控制装置和所述电压源通过光耦合装置连接。
8.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，每个所述电压源包括具有相关整流和开关装置的变压器。
9.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，进一步包含影响所述控制装置的反馈装置，所述反馈装置耦合所述控制装置和所述电压源的所述串联设置。
10.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，进一步包含限制所述射频信号的低通滤波装置，所述低通滤波装置连接所述电压源的所述串联设置和所述射频产生装置。
11.一种发射机，其特征在于，包含接收输入信号的装置；多个以串联方式设置的可开关电压源；产生射频信号的装置，所述射频产生装置连接到电压源的所述串联设置；和控制装置，根据输入信号开关所述电压源，所述控制装置包括缓冲装置，用以响应于输入信号的改变根据预定的开关顺序对所述电压源的开关顺序进行排序，所述缓冲装置包括多个单元，每个所述单元与所述电压源中的一个相关联，所述缓冲装置包括一个on计数器和off计数器，分别指出所述单元中下一个要接通的单元和所述单元中下一个要断开的单元。
12.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述缓冲装置包括防止各所述计数器超过另一个所述计数器的装置。
13.如权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述控制装置包括识别所述电压源中不工作电压源的装置和以所述预定的开关顺序跳过所述电压源的所述不工作电压源的装置。
14.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述控制装置和所述电压源通过光耦合装置连接。
15.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，每个所述电压源包括具有相关整流和开关装置的变压器。
16.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，进一步包含影响所述控制装置的反馈装置，所述反馈装置耦合所述控制装置和所述电压源的所述串联设置。
17.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，进一步包含限制所述射频信号的低通滤波装置，所述低通滤波装置连接所述电压源的所述串联设置和所述射频产生装置。
18.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述控制装置包括识别所述电压源中不工作电压源的装置和以所述预定的开关顺序跳过所述电压源的所述不工作电压源的装置。
19.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述缓冲装置以先进先出方式工作。
20.如权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述on计数器和所述off计数器为模计数器。
全文摘要
本发明涉及一种无线电发射机的电源调制器，它能分配输入阻抗，并缓冲被开关的电源组件。通常以二极管级联形式设置的串联电源组件包括分配开关电源的输入阻抗的独立的电感器。由先进先出缓冲器控制电源的开关顺序，使顺序上相邻的电源设置成物理上有较大间隔，从而可以更平均地分散电流瞬变和热负荷。
文档编号H03F3/20GK1134203SQ94194008
公开日1996年10月23日 申请日期1994年9月2日 优先权日1994年9月2日
发明者赫伯特·P·雅各布森 申请人:王冠国际公司