一种HFC放大器多路端口输出一致性校准方法与流程

本发明涉及电子器件的校准领域，特别涉及一种hfc放大器多路端口输出一致性校准方法。

背景技术：

目前，hfc放大器主要是应用在广播电视hfc设备中，hfc放大器需满足多路输出，每个端口主要包括双工器、耦合器、倍增管、控制调谐电路等，由于不同通道在器件布局以及各类器件制造工艺的区别，各通道之间的一致性差，影响后端传输的布局。现有技术通常采用人工调试校准方式，不仅效率低下精度不高，而且产品的可靠性不高，无法满足高精度和批量生产的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种hfc放大器多路端口输出一致性校准方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种hfc放大器多路端口输出一致性校准方法，步骤包括：

s1，从hfc放大器多个支路的增益曲线中找出增益最小的支路和均衡量最大的支路，作为调节衰减值的参考依据，完成多个支路增益值和均衡值的定标，并获取多个支路att定标调节量；

s2，将定标后的多个支路的增益曲线两两做差，求得做差后的中心值；

s3，采用最小二乘解的方法，求出多个支路的一致性att调节量，使得做差后的中心值的平方和最小；

s4，各支路定标att调节量和相应支路的一致性att调节量求和，求得各支路总的att调整值，根据各支路总的att调整值，控制各支路压控衰减量。

s1的步骤包括：

从多个支路的增益曲线中找出增益最小的支路和均衡量最大的支路；

以增益最小的支路为参考，调节除增益最小支路以外的其他支路的att定标值，使各支路工作频段最高频点的增益一致，并获取各支路的att定标调节量；

以均衡量最大的支路为参考，调节除均衡量最大的支路以外的其他支路的均衡量，使各支路工作频段的均衡量一致；

调节多个支路所在主路的att值和eq值，使下行增益和eq达到预设的默认值。

s3的步骤包括：

s11、预设每个支路的一致性att调整值；

s12、根据每个支路的一致性att调整值和做差后的中心值，建立超定方程组并提取超定方程组的系数矩阵；

s13、将超定方程组的系数矩阵和做差后的中心值代入一致性att调整值计算公式，求得每个支路的一致性att调整值。

一致性att调整值计算公式为：

rf_att2＝lscov(a,b)

其中，rf_att2是一致性att调整值向量，包含每个支路的一致性att调整值；a是超定方程组的系数矩阵，b是做差后的中心值向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的中心值，lscov()函数为matlab库函数。

步骤s3还可以为，根据加权系数，并采用最小二乘解的方法，求出多个支路修正后的一致性att调整值，使得做差后的中心值的平方和最小，并且使得各支路两两做差后的最大值和最小值在预设的范围之内。

加入加权系数后，s3的步骤包括：

s21、预设每个支路的一致性att调整值；

s22、根据加权系数、每个支路的一致性att调整值和做差后的中心值，建立超定方程组并提取超定方程组的系数矩阵；

s23、将加权系数、超定方程组的系数矩阵和做差后的中心值代入带修正的一致性att调整值计算公式，求得每个支路的修正后的一致性att调整值。

加权系数根据两两通道做差后的最大值和最小值设定，或者根据两两通道做差后的峰峰值确定。

根据加权系数，并采用最小二乘解的方法，求出多个支路的修正后的一致性att调整值，修正后的一致性att调整值的计算公式为：

rf_att2’＝lscov(a，b，w)

其中，rf_att2’是修正后的一致性att调整值向量，包含每个支路修正后的一致性att调整值；a是超定方程组的系数矩阵，b是做差后的中心值向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的中心值，w是加权系数向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的调整系数，lscov()函数为matlab库函数。

加权系数向量w中各调整系数的取值为1或10。

一种hfc放大器多路端口输出一致性校准装置，包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述方案中任一项的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的hfc放大器输出端口一致性校准方法，测试输入到各支路曲线，两两做差求得最大最小值的中心值，然后用求出最小二乘解求出每个通道的调节量，使z1～z6平方和最小，加入权重系数，mcu输出相应电压控制各支路的压控衰减，使各端口输出增益一致性较好，并且都调节至相应的取值范围，能够满足批量生产的要求。

附图说明

图1为本发明hfc放大器输出端口一致性校准方法流程图；

图2为用于实现hfc放大器输出端口一致性校准方法的实验环境图；

图3为hfc放大器的原理框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

hfc放大器的原理框图如图3所示，分为主路和支路，主路上有衰减器(att)、放大器(amp)和均衡器(eq)，同时，各支路也有相应的衰减器(att)、放大器(amp)和均衡器(eq)，通过调节各支路上衰减器的取值和均衡器的取值，以及调节主路上衰减器的取值和均衡器的取值，使得各支路输出的增益一致性较好，两两支路做差后中心值的平方和最小。用于实现hfc放大器输出端口一致性校准方法的实验环境如图2所示，包括hfc放大器、开关矩阵、网络分析仪和电脑，通过开关矩阵，实现hfc放大器各通道输出信号的两两做差，输出的差值曲线由网络分析仪读取并显示，电脑用于读取网络分析仪的输出曲线，控制开关矩阵的切换，以及控制hfc放大器中各衰减器(att)、均衡器(eq)的参数输出。

hfc放大器输出端口一致性校准方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，下行增益和eq(均衡器取值)定标，获取各支路的att(attenuator，衰减器)定标值。以4条支路为例，测试并画出4支路的增益曲线，分别用y0，y1，y2，y3代表4个支路的增益曲线，增益曲线中每个点代表对应频点的增益，横轴代表频率，单位mhz；纵轴代表增益，单位db。

1)、从4个支路的增益曲线中找出增益最小的支路作为调节衰减值的参考依据，找出eq最大的支路，作为调节eq值的参考依据，假设增益最小的支路是y2，均衡值(eq值)最大的支路是y0。

2)、以支路y2为参考，调节其他支路的定标衰减值(att值)，使各支路工作频段最高频点对应的增益取值一致，各支路定标att调节量分别为rf0_att1，rf1_att1，rf2_att1和rf3_att1，以支路y0为参考，调节其他支路的定标均衡值(eq值)，使得各支路工作频段内的eq值一致，各支路eq调节量为rf0_eq，rf1_eq，rf2_eq和rf3_eq。

3)、调节4条支路所在主路的att值和eq值，使下行增益和eq达到预设的默认值。

步骤2，4条支路增益曲线相应频点的增益值两两做差，求得最大值和最小值的中心值。定标后，4个支路的增益曲线用y'1、y'2、y'3和y'4表示，相应的，两两做差后的曲线分别表示为y'1-y'0、y'2-y'0、y'3-y'0、y'2-y'1、y'3-y'1、y'3-y'2，对于y'1-y'0曲线，取其最大值和最小值，最大值和最小值之间的中心值为z1，同理，可以求出其余两两做差后曲线的中心值为别z2、z3、z4、z5和z6，两两做差后曲线和对应的中心值如表1所示，中心值z1～z6即为用于调整各支路att值的参考基准。

表1两两做差后的曲线与对应的中心值

步骤3，求解各支路端口一致性att调整值。

设定4个支路完成调整后端口一致性att值为rf0_att2、rf1_att2、rf2_att2、rf3_att2。理想状态下，两两的做差后的曲线上的取值与相应的中心值的偏差为0，即rf1_att2与rf0_att2做差后的rf1_att2-rf0_att2曲线取值刚好等于中心值z1，同理，其他支路两两做差后的曲线上的取值也等于相应的中心值(参考基准值)。

那么理想的状态以下方程成立：

rf1_att2-rf0_att2＝z1

rf2_att2-rf0_att2＝z2

rf3_att2-rf0_att2＝z3

rf2_att2-rf1_att2＝z4

rf3_att2-rf1_att2＝z5

rf3_att2-rf2_att2＝z6

上述方程组为超定方程组，方程个数大于未知量个数，即物理意义是，调节4个支路att(rf0_att2、rf1_att2、rf2_att2、rf3_att2，一共4个解)，不能同时将两两通道间(6个方程)做差的取值调节到与相应的参考基准值相等。

因此采用matlab程序求出最小二乘解的方法，来求得4个支路一致性att调整值rf0_att2、rf1_att2、rf2_att2、rf3_att2，即求出每个通道att的调节量，使z1～z6平方和最小。

可以对上述超定方程进行变形，写成：

rf1_att2-rf0_att2＝z1等效为：

-1*rf0_att2+1*rf1_att2+0*rf2_att2+0*rf3_att2＝z1

rf2_att2-rf0_att2＝z2等效为：

-1*rf0_att2+0*rf1_att2+1*rf2_att2+0*rf3_att2＝z2

rf3_att2-rf0_att2＝z3等效为：

-1*rf0_att2+0*rf1_att2+0*rf2_att2+1*rf3_att2＝z3

rf2_att2-rf1_att2＝z4等效为：

0*rf0_att2-1*rf1_att2+1*rf2_att2+0*rf3_att2＝z4

rf3_att2-rf1_att2＝z5等效为：

0*rf0_att2-1*rf1_att2+0*rf2_att2+1*rf3_att2＝z5

rf3_att2-rf2_att2＝z6等效为：

0*rf0_att2+0*rf1_att2-1*rf2_att2+1*rf3_att2＝z6

提取各式中rf0_att2、rf1_att2、rf2_att2、rf3_att2的系数，得到上述超定方程组的系数矩阵为a，

b＝[z1；z2；z3；z4；z5；z6]；

支路端口一致性att调整值计算公式如公式1所示：

rf_att2＝lscov(a,b)……(1)

其中，rf_att2是一致性att调整值向量，包含每个支路的一致性att调整值；a是超定方程组的系数矩阵，b是做差后的中心值向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的中心值，lscov()函数为matlab函数库函数。

以b＝[0.11775；-0.023875；-0.1495；-0.06；-0.2415；-0.065]为例，将系数矩阵a和b带入公式1求得4条支路端口一致性att调整值为rf_att2＝[0.1279；0.2188；0.1093；0]，即rf0_att2＝0.1279，rf1_att2＝0.2188，rf2_att2＝0.1093，rf3_att2＝0。

虽然支路端口一致性att调整值满足总的偏差最小，但是att调整值有范围限定的条件下，可能存在各通道最大取值或最小取值超出了各通道预先设置的衰减差值范围。所以需要对各通道进行加权修正。

例如：在两通道差异值在[-0.75,0.75]的情况下，通道1和通道2的差异值(做差后的值)的最大值和最小值分别为：max＝0.282，min＝-0.402，通道1和通道2的差异值的最大值和最小值在预设的[-0.75,0.75]范围内，满足预先设定的要求。

通道0和通道3的差异值的最大值和最小值分别为：max＝0.56625，min＝-0.86525，最小值-0.86525超出了预设的[-0.75,0.75]的范围，不满足预先设定的要求。

对各通道进行加权修正的目的是使各通道做差后的最大值max和最小值min尽量以0为中心对称。加权重能优先处理不满足要求的通道数据，或者因为峰峰值(p-p值)较大，调节后数据更难满足的通道数据。

例如，不加权重下，

通道0和通道3的差异值的最大值和最小值分别为：max＝0.69415，min＝-0.73735，

加权重优化后：

通道0和通道3的差异值的最大值和最小值分别为：max＝0.71305，min＝-0.71845，

优化后的结果更加趋近于以0对称，离上下限边界余量更大。

本发明的方法采用在求最小二乘解时加入权重系数w来修正两通道差异值的最大值和最小值，使得两通道差异值的最大值和最小值更加趋近于以0对称。

在此例中，通过加入权重系数w＝[1；1；10；1；10；1]，提高峰峰值(p-p值)最大的两组z值的权重数据，使用公式(2)进行计算，

rf_att2’＝lscov(a，b，w)……(2)

其中，rf_att2’是修正后的一致性att调整值向量，包含每个支路修正后的一致性att调整值；a是超定方程组的系数矩阵，b是做差后的中心值向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的中心值，w是加权系数向量，包含多个支路增益曲线两两做差后的调整系数，lscov()函数为matlab函数库函数。

将系数矩阵a、b和w带入公式2求得优化后的4条支路带修正的端口一致性att调整值为rf_att2’＝[0；0.0917；-0.0247；-0.1468]，即，rf0_att2’＝0，rf1_att2’＝0.0917，rf2_att2’＝-0.0247，rf3_att2’＝-0.1468。

针对结果rf0_att2’＝0，rf1_att2’＝0.0917，rf2_att2’＝-0.0247，rf3_att2’＝-0.1468，因为衰减器无负值，所有通道加上最小值，使得衰减值成为0或正值，最终的结果为rf0_att2’＝0.1468，rf1_att2’＝0.2385，rf2_att2’＝0.1221，rf3_att2’＝0。

步骤4，各支路的端口一致性att值与各支路的定标att值之和得到各支路的总的att调整值。

各支路的总的att调整值可以分别表示为：

rf0_att＝rf0_att1+rf0_att2；

rf1_att＝rf1_att1+rf1_att2；

rf2_att＝rf2_att1+rf2_att2；

rf3_att＝rf3_att1+rf3_att2。

根据各支路总的att调整值，通过mcu与软件输出相应的电压值，使得支路在各支路压控衰减器的控制下，满足设定的总的att调整值，从而完成整个hfc放大器输出端口的一致性校准。