[发明专利]数字信号的自动增益控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号的自动增益控制方法，特别涉及用于加速器数字束流位置监测系统(DBPM)的数字信号自动增益控制方法。

背景技术

束流位置测量(BPM)系统是加速器束流诊断系统的重要组成部分。通过该系统，除了直接测量束流位置外，还可以间接计算出工作点、阻尼时间、相图等重要参数。同时该系统也是加速器轨道反馈系统的重要组成部分。

加速器上电子束在束流真空管道中的位置如图1所示，其方向垂直于纸面向内，另外有A、B、C、D四个钮扣型BPM探头。通过四个探头检测到的信号采用差比和信号处理方法，计算水平和垂直方向的位置X、Y，计算公式如下：

X＝k_X((V_A+V_D)-(V_B+V_C))/∑

Y＝k_Y((V_A+V_B)-(V_C+V_D))/∑

其中：

V_A、V_B、V_C、V_D分别表示A、B、C、D四个探头处的电极信号强度；

∑＝V_A+V_B+V_C+V_D；

k_X和k_Y为探头标定系数，仅与探头的几何形状有关，具有长度量纲，当X、Y较小时，其中a为探头半径。

为了获得更高的分辨率，BPM都有增益调节功能。通常，数字BPM(DBPM)的自动增益调节是通过经采样、处理后的数字信号反馈控制射频模拟前端的放大电路调节输入的射频信号。这种方式首先需要有射频增益调整电路，结构复杂，在一些商用的数字信号处理板卡中无法实现。同时因为是基于反馈原理，有一定的滞后。

目前常规使用的DBPM系统都集成了具有增益调节功能的射频前端模块和数字信号处理模块。其中，射频前端部分有放大和衰减器件，完成对射频信号的增益调节，确保其幅度在后续ADC的动态范围之内。而市场上的许多基于FPGA的通用的商业数字信号处理板并没有如此复杂的射频前端，不具备调节射频信号的功能。因此，数字信号处理模块在输入射频信号幅度变化的情况下，无法保证输出的信号能获取最多的有效位，位置分辨率比较低，使通用的商业数字信号处理板在加速器束流位置检测上的应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以二进制补码表示的多通道有符号N位数字信号的自动增益控制方法，使得经过处理之后的数字信号在高位仍具有足够的有效位，并克服射频增益调整电路的复杂性和由反馈引起的滞后。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种数字信号的自动增益控制方法，所述数字信号是以二进制补码表示的多通道有符号N位数字信号，且该有符号N位数字信号是周期为T的周期信号，其中N＝8×2ⁿ，n为非负整数，T＞0，该方法包括以下步骤：将各所述有符号N位数字信号转换成对应的绝对值信号；对所述绝对值信号按位作或运算，得到或信号；为所述或信号的第i至j位生成对应的锁定指示信号，使得所述锁定指示信号具有为“0”的初始值，且当所述或信号的第k位为“1”时，在下个时钟周期将与该位对应的锁定指示信号置“1”并保持，其中i、j为整数，且0≤i≤j-1，j≤N-2，k为整数，且i≤k≤j，时钟周期为t，t＞0；以与所述或信号的第i至j位对应的锁定指示信号分别控制j-i+1个多路复用器，所述多路复用器分别具有第一输入端、第二输入端以及输出端，且与所述或信号的第m位对应的锁定指示信号控制的多路复用器的输出端连接与所述或信号的第m+1位对应的锁定指示信号控制的多路复用器的第一输入端，其中m为整数，且i≤m≤j-1，与所述或信号的第k位对应的锁定指示信号控制的多路复用器的第二输入端具有预先设定的值为j-k的第二输入端信号，与所述或信号的第i位对应的锁定指示信号控制的多路复用器的第一输入端还具有预先设定的第一输入端信号j-i+1，当锁定指示信号为“1”时，该锁定指示信号控制的多路复用器在下个时钟周期输出第二输入端的信号，否则，输出第一输入端的信号；在第g个时钟周期，获取与所述或信号的第j位对应的锁定指示信号控制的多路复用器的输出端的信号S，g＝T/t，且g为整数；将各所述有符号N位数字信号向左移位并输出，移位的位数为信号S所表示的十进制数。