[发明专利]一种用于微弱连续波信号的平均功率测量电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种用于微弱连续波信号的平均功率测量电路，还涉及一种用于微弱连续波信号的平均功率测量方法。

背景技术

目前，连续波平均功率测量主要有三种方式：热敏电阻式、热电偶式和二极管检波式。二极管检波式功率测量具有更宽的动态范围和更高的灵敏度，因此得到了广泛使用。二极管检波器采用平衡配置的双二极管将连续波平均功率信号转变为正负两路直流电压信号进行测量，该方法的关键是实现微弱直流信号的检测。

连续波平均功率信号经二极管检波后输出正负两路直流电压信号，对应输入功率-70～+20dBm的微波信号，二极管检波输出正负两路直流电压为+50nV～+1.6V和-50nV～-1.6V，该信号具有动态范围大、微弱、背景噪声强等特点，测量过程中受到低频噪声、温差电势、放大电路失调电压等误差因素的影响，很容易湮没在噪声中，因此直接对二极管检波直流信号进行检测将严重影响功率测量灵敏度。

发明内容

本发明提出一种用于微弱连续波信号平均功率测量电路和方法，可用于连续波平均功率测量中的纳伏级微弱直流信号检测，实现低至-70dBm的连续波平均功率测量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于微弱连续波信号平均功率测量电路，包括：前级平衡斩波电路、中间级放大电路和后级的FPGA电路；

所述平衡斩波电路包括正电压输入端和负电压输入端；正电压输入端连接到第一滤波电路和第一开关管的第一端，负电压输入端连接到第二滤波电路和第二开关管的第一端，第一开关管的第二端和第二开关管的第二端连接在一起，第一开关管的控制端通过电阻器耦接到第一斩波控制信号，第二开关管的控制端通过电阻器耦接到第二斩波控制信号，第一斩波控制信号和第二斩波控制信号相位相差半个周期；正电压输入端通过电容器耦接到所述第二开关管的控制端，负电压输入端通过电容器耦接到所述第一开关管的控制端；第一开关管和第二开关管的公共端经过第三滤波电路滤波后，输出交流方波信号；

所述交流方波信号连接到中间级的放大电路，放大后的方波信号经AD转换后进入所述FPGA电路；

所述FPGA电路设置一个与所述方波信号的采样点数相同的周期性去斩波序列，去斩波序列中与瞬时冲击过渡带对应的部分为0，与采样信号为正的数据点对应的部分为1，与采样信号为负的数据点对应的部分为-1；去斩波序列中的每个点分别和与之对应的方波信号ADC值相乘，并累加取平均，得到检波电压值，通过查表得到连续波平均功率。

可选地，所述第一开关管和第二开关管为MOS型场效应管，两片场效应管设置在相邻位置。

可选地，所述第一滤波电路包括并联连接的电阻器和电容器，电阻器和电容器连接在正电压输入端和地电位之间。

可选地，所述第二滤波电路包括并联连接的电阻器和电容器，电阻器和电容器连接在负电压输入端和地电位之间。

可选地，所述第三滤波电路包括并联连接的电阻器和电容器，电阻器和电容器连接在第一开关管与第二开关管的公共端和地电位之间。

可选地，所述第一斩波控制信号和第二斩波控制信号的斩波频率为440Hz。

本发明还提供了一种用于微弱连续波信号平均功率测量方法，包括以下步骤：

步骤(a)，将二极管检波后输出的正负两路直流信号转化为一路交流方波信号；

步骤(b)，利用交流电路加以放大；

步骤(c)，再经AD转换后在FPGA内部去斩波。

可选地，步骤(a)具体为：将所述正负两路直流信号分别连接到两个开关管的输入端，通过相位相差半个周期的两路斩波控制信号分别控制两个开关管的开通和关断，正电压输入端通过电容器耦接到另一路信号的开关管的控制端，负电压输入端通过电容器耦接到另一路信号的开关管的控制端，两个开关管的输出端耦接在一起输出交流方波信号。

可选地，步骤(c)具体为：在FPGA电路中设置一个与所述方波信号的采样点数相同的周期性去斩波序列，去斩波序列中与瞬时冲击过渡带对应的部分为0，与采样信号为正的数据点对应的部分为1，与采样信号为负的数据点对应的部分为-1；去斩波序列中的每个点分别和与之对应的方波信号ADC值相乘，并累加取平均，得到检波电压值，通过查表得到连续波平均功率。

本发明的有益效果是：

(1)通过对二极管检波直流信号取斩波，对产生的交流方波信号进行交流放大，实现了微弱功率信号测量；