專利名稱：塔頂放大器中的可配置式電流池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塔頂放大器TMA、雙向塔頂增強(qiáng)器(TMB)等射頻設(shè)備，特別涉及一種塔 頂射頻設(shè)備可配置式電流池。 塔頂放大器或者塔頂雙向增強(qiáng)器設(shè)射頻設(shè)備都用于放大接收射頻信號(hào)，為了進(jìn)一 步減少接收信號(hào)在射頻饋線中的衰減，提高信號(hào)接收靈敏度，都是直接安裝在天線的底端， 遠(yuǎn)離基站控制單元。 塔頂放大器等射頻設(shè)備與基站控制單元之間使用射頻饋線連接?；究刂茊卧?br> 過射頻饋線在傳輸信號(hào)的同時(shí)，還通過射頻饋線向塔頂放大器等射頻設(shè)備供電.塔頂放大
器在工作過程中，種種不可預(yù)測的原因都可能會(huì)導(dǎo)致放大器故障，例如場效應(yīng)管失效、電源
失效、LNA過熱等等。塔頂放大器中的模塊出現(xiàn)故障后，其中的嵌入式控制器都能夠檢測到
故障信息。目前的系統(tǒng)中，當(dāng)塔頂放大器中的嵌入式控制器檢測到放大器故障后，都是采用
電流池技術(shù)拉電流告警的方式在第一時(shí)間將故障信息報(bào)告給基站的，如圖2所示。1-4號(hào)模
塊是TMA控制和相關(guān)功能模塊，5號(hào)模塊為電流池模塊，正常工作時(shí)只有1-4號(hào)模塊消耗電
流，電流池模塊關(guān)閉。當(dāng)1-4號(hào)模塊工作出現(xiàn)異常，微控制器會(huì)啟動(dòng)電流池模塊工作，使塔
頂放大器總的消耗電流增大至一個(gè)預(yù)先設(shè)定好的范圍，以此告知基站，TMA已經(jīng)發(fā)生故障，
需要及時(shí)處理。所謂電流池拉電流告警就是指故障發(fā)生后使塔頂放大器的消耗電流在正常
工作電流的基礎(chǔ)上再額外增加規(guī)定額度的消耗電流，以此來告知基站控制器塔頂放大器處
于故障狀態(tài)，并通過額外增加的消耗電流的額度來報(bào)告不同的故障信息。 目前的設(shè)計(jì)中，電流池通常使用電阻式固定電流池(圖3)。例如塔頂放大器中電
源輸出電壓為Ys，電阻式電流池也即是一個(gè)阻值為R的大功率電阻或是電阻陣列。正常工
作狀態(tài)下，MOSFET處于截至狀態(tài)，當(dāng)塔頂放大器出現(xiàn)故障時(shí)，通過控制端使MOSFET導(dǎo)通，將
該功率電阻接于電源電壓上，這樣便可以產(chǎn)生一個(gè)I = Ys/R的拉電流告警信息。 這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是顯而易見的。首先，在電源電壓一定的前提下，電流池所消耗的
電流是由電阻決定的，因而電流池所能拉電流的額度是固定的，不可以配置的，針對(duì)不同要
求配置的塔頂放大器，需要設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的電流池，因此，現(xiàn)有的電流池使用比較受限制；其
次，由于供電電壓范圍較寬，因而上式中的Ys需要是電源芯片的輸出電壓，這樣就導(dǎo)致電
流池的消耗電流全部是加在了電源芯片上，導(dǎo)致電源芯片發(fā)熱加重，而且更加嚴(yán)重的問題
是，會(huì)影響電源芯片輸出電壓的穩(wěn)定性，從而影響對(duì)LNA的供電，導(dǎo)致塔頂放大器性能有可
能受到影響。 本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種可配置、可多級(jí)告警、電源芯片的功率 耗散小、電源芯片發(fā)熱少，電源芯片輸出電壓的穩(wěn)定性高的塔頂射頻設(shè)備可配置式電流池。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案
3
塔頂放大器中的可配置式告警電流池，包括將P麗信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)的二 階BYtterworth低通濾波器和由二階BYtterworth低通濾波器輸出的模擬電壓信號(hào)控制的 負(fù)反饋電流池電路；所述負(fù)反饋電流池電路與電源連接，該負(fù)反饋電流池電路的消耗電流 只與所述模擬電壓信號(hào)大小有關(guān)。 所述負(fù)反饋電流池電路的消耗電流與所述模擬電壓信號(hào)大小成正比例關(guān)系。
所述二階BYtterworth低通濾波器截止頻率范圍10-500Hz， P麗信號(hào)頻率范圍 5KHz-30KHZ。 所述二階BYtterworth低通濾波器由第一、第二電阻Rl、R2，第一、第二電容Cl、C2 和第一運(yùn)算放大器Y1組成；所述第一運(yùn)算放大器Y1的同相輸入端通過第二、第一電阻R2、 R1后形成與微控制器連接的P麗信號(hào)輸入端A，所述第一運(yùn)算放大器Y1的同相輸入端同時(shí) 通過第二電容C2接地，所述第一運(yùn)算放大器Y1的反相輸入端與第一運(yùn)算放大器Y1的輸出 端、第一電容C1的一端連接后作為二階BYtterworth低通濾波器的輸出端，第一電容Cl的 另一端與第一、第二電阻Rl、 R2之間的接點(diǎn)連接。 所述負(fù)反饋電流池電路包括有第四、第五、第六、第七、第八電阻R4、R5、R6、R7、R8、 第四電容C4、第二運(yùn)算放大器Y2和達(dá)林頓管Ql ，第二運(yùn)算放大器Y2的同相輸入端與第四、 第五電阻R4、R5的一端分別連接，第四電阻R4的另一端與二階BYtterworth低通濾波器的 輸出端連接，第五電阻R5的另一端接地；所述第二運(yùn)算放大器Y2的反相輸入端與第四電容 C4的一端、第六電阻R6的一端分別連接，第六電阻R6的另一端與第七電阻R7 —端連接后 與達(dá)林頓管Ql的低壓端連接，第七電阻R7另一端接地；第二運(yùn)算放大器Y2的輸出端與第 四電容C4的另一端、第八電阻R8的一端分別連接，第八電阻R8的另一端與達(dá)林頓管Q1的 控制端連接，達(dá)林頓管Ql的高壓端通過與電源POWER連接。 所述第二運(yùn)算放大器Y2的反相輸入端通過肖特基二極管D1形成與微控制器連接 的關(guān)閉信號(hào)端B。 在達(dá)林頓管Ql的高壓端與電源P0WER之間還設(shè)有濾波電路，該濾波電路包括有第 三電容C3和電感Ll ，所述達(dá)林頓管Ql的高壓端通過該電感Ll與電源輸入端POWER及第三 電容C3的一端分別連接，第三電容C3的另一端接地。 所述達(dá)林頓管Q1由兩個(gè)NPN三極管組成，前一個(gè)NPN三極管的基極作為達(dá)林頓管 Ql的控制端，前一個(gè)NPN三極管的集電極與后一個(gè)NPN三極管的集電極連接后作為達(dá)林頓 管Ql的高壓端，前一個(gè)NPN三極管的發(fā)射極與后一個(gè)NPN三極管的基極連接，后一個(gè)NPN 三極管的的發(fā)射極作為達(dá)林頓管Ql的低壓端。 本發(fā)明通過微控制器輸出占空比可調(diào)的P麗信號(hào)，然后經(jīng)過二階BYtterworth低 通濾波器，將P麗信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，再由模擬電壓控制負(fù)反饋電流池電路的消耗 電流，這樣就可以通過嵌入式軟件通過改變P麗信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的消耗 電流。此外，在電流控制方面使用了電流負(fù)反饋技術(shù)來穩(wěn)定負(fù)反饋電流池電路的消耗電流， 實(shí)現(xiàn)消耗電流只受P麗信號(hào)轉(zhuǎn)化而來的模擬電壓的控制，而不受電源輸入電壓的影響，大 大減小了其對(duì)電源芯片的供電需求，減小電源芯片的功率耗散，減少電源芯片發(fā)熱，并提高 電源芯片輸出電壓的穩(wěn)定性。[


] 下面結(jié)合附圖與本發(fā)明專利的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述
圖1為本發(fā)明的可配置式告警電流池電路的原理圖
圖2為本發(fā)明用在塔頂放大器中的工作原理框圖；
圖3為現(xiàn)有的電阻式固定告警電流池。 參見圖l，本發(fā)明為塔頂放大器中的可配置式電流池，包括二階BYtterworth低通 濾波器1和負(fù)反饋電流池電路2。 二階BYtterworth低通濾波器1與微控制器連接，能夠?qū)?微控制器輸出的P麗信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)，負(fù)反饋電流池電路2與二階BYtterworth 低通濾波器1輸出端以及電源分別連接，該負(fù)反饋電流池電路2本身的消耗電流只與所述 模擬電壓信號(hào)大小有關(guān)，而與電源的輸入電壓無關(guān)。消耗電流是指負(fù)反饋電流池電路2中 的耗能電阻所消耗的電流。 所述二階BYtterworth低通濾波器l由第一、第二電阻R1、R2，第一、第二電容Cl、 C2和第一運(yùn)算放大器Y1組成；所述第一運(yùn)算放大器Y1的同相輸入端通過第二、第一電阻 R2、 Rl后形成與微控制器連接的P麗信號(hào)輸入端A，所述第一運(yùn)算放大器Y1的同相輸入端 同時(shí)通過第二電容C2接地，所述第一運(yùn)算放大器Y1的反相輸入端與第一運(yùn)算放大器Y1的 輸出端、第一電容C1的一端連接后作為二階BYtterworth低通濾波器1的輸出端，第一電 容Cl的另一端與第一、第二電阻Rl、 R2之間的接點(diǎn)連接。 所述二階BYtterworth低通濾波器1實(shí)現(xiàn)將微控制器輸出的P麗信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬 電壓信號(hào)，其傳遞函數(shù)為 G(" = 丄，Jp廣丄" (1)
(^Cp + l)(i 2C21y+1) 該低通濾波器截至頻率取值范圍10-500Hz。 P麗信號(hào)的頻率為5KHz-30KHz， P麗
信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，便可以轉(zhuǎn)換為與其沖量相等的模擬信號(hào)。二階BYtterworth低通濾
波器1輸出的模擬電壓的表達(dá)式為 V = KlXVCCXq (2) 其中K1為濾波器的帶內(nèi)增益； VCC為微控制器的IO輸出高電平電壓； q為P麗信號(hào)的占空比。 所述負(fù)反饋電流池電路2包括有第四、第五、第六、第七、第八電阻R4、R5、R6、R7、R8、 第四電容C4、第二運(yùn)算放大器Y2和達(dá)林頓管Q1，其中R7為大功率的耗能電阻。第二運(yùn)算放 大器Y2的同相輸入端與第四、第五電阻R4、R5的一端分別連接，第四電阻R4的另一端與二階 BYtterworth低通濾波器1的輸出端連接，第五電阻R5的另一端接地；所述第二運(yùn)算放大器 Y2的反相輸入端與第四電容C4的一端、第六電阻R6的一端分別連接，第六電阻R6的另一端 與第七電阻R7 —端連接后與達(dá)林頓管Ql的低壓端連接，第七電阻R7另一端接地；第二運(yùn)算 放大器Y2的輸出端與第四電容C4的另一端、第八電阻R8的一端分別連接，第八電阻R8的另 一端與達(dá)林頓管Ql的控制端連接，達(dá)林頓管Ql的高壓端與電源POWER連接。
在達(dá)林頓管Ql的高壓端與電源POWER之間還設(shè)有濾波電路，該濾波電路包括有第三電容C3和電感LI ，所述達(dá)林頓管Ql的高壓端通過該電感LI與電源輸入端POWER及第三 電容C3的一端分別連接，第三電容C3的另一端接地。第三電容C3和電感L1的濾波作用 可以減小電流池消耗電流變化的時(shí)候?qū)λ敺糯笃鞴╇姷臎_擊。 所述達(dá)林頓管Ql由兩個(gè)NPN三極管組成，前一個(gè)NPN三極管的基極作為達(dá)林頓管 Ql的控制端，前一個(gè)NPN三極管的集電極與后一個(gè)NPN三極管的集電極連接后作為達(dá)林頓 管Ql的高壓端，前一個(gè)NPN三極管的發(fā)射極與后一個(gè)NPN三極管的基極連接，后一個(gè)NPN 三極管的的發(fā)射極作為達(dá)林頓管Q1的低壓端。當(dāng)然，所述達(dá)林頓管Q1也可以由兩PNP三 極管組成，還可以由一個(gè)NPN三極管和一個(gè)PNP三極管組成。 下面分析負(fù)反饋電流池電路2的消耗電流與所述輸入模擬電壓信號(hào)大小的關(guān)系。
設(shè)第四電阻R4左端的電壓為Uin，其等于二階BYtterworth低通濾波器1輸出的 模擬電壓V，即Uin = Kl X VCC X q，第二運(yùn)算放大器Y2的同相輸入端電壓為V+，反相輸入端 電壓為V-，流過第七電阻R7的消耗電流為I"流過第六電阻R6的電流為I2，電流池總的消 耗電流為L和I2的總和，由第二運(yùn)算放大器特性已經(jīng)電流負(fù)反饋電路關(guān)系可得
V-二R7XI丄 (3)
I2 = 0 (4)
V+ = V- (5)
V+= UinXR5/(R5+R6) (6)
x T 了 綜合上面四個(gè)式子可得/, = f,脂其中0V《Uin《5V ; 從而得到負(fù)反饋電流池電路2的消耗電流與所述模擬電壓信號(hào)大小是消耗電
^ 了
流等于模擬電壓乘以"^"^，即正比例關(guān)系。消耗電流與電流池供電電源的供電輸入
電壓無關(guān)，從而可以精確控制電流池的消耗電流，而不受電源電壓波動(dòng)的影響。例如取 ^^為0.05，則模擬電壓和消耗電流有如下關(guān)系模擬電壓為1V，則消耗電流50mA， 模擬電壓為4V，則消耗電流為200mA，該電流池消耗電流可調(diào)節(jié)的范圍是從0-250mA。由于 Uin二KlXVCCXq，所以/一lf^KlxR:Cx《，這樣消耗電流與P麗信號(hào)的占空比也成
正比例，可以通過嵌入式軟件通過改變p麗信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的消耗電流， 實(shí)現(xiàn)可配置，可以用于不同消耗電流級(jí)別的塔頂放大器。 為了便于在不工作時(shí)關(guān)閉掉整個(gè)電流池，本發(fā)明還包括有關(guān)閉信號(hào)端B。所述第 二運(yùn)算放大器Y2的反相輸入端通過肖特基二極管D1形成與微控制器連接的關(guān)閉信號(hào)端 B。當(dāng)需要關(guān)閉電流池式，將微控制器與該關(guān)閉信號(hào)端B連接的引腳置為高電平，這樣達(dá)林 頓管就被關(guān)閉，從而整個(gè)電流池被關(guān)閉。 使用時(shí)，將微控制器輸出P麗信號(hào)的引腳連接到本發(fā)明的P麗信號(hào)輸入端A上，將 輸入電源連接到本發(fā)明的電源輸入端POWER上，然后再使用微控制器的一個(gè)通用輸入輸出 引腳來連接到本發(fā)明的關(guān)閉信號(hào)端B上。需要調(diào)節(jié)電流池消耗電流時(shí)，只需要根據(jù)消耗電 流的目標(biāo)值計(jì)算出所需的P麗信號(hào)的占空比，然后通過P麗信號(hào)輸出即可。當(dāng)不需要電流 池工作的時(shí)候，將與關(guān)閉信號(hào)端B連接的微控制器的引腳置為高電平，關(guān)閉電流池。
參見圖2，正常工作時(shí)只有1-4號(hào)模塊消耗電流，電流池模塊關(guān)閉。當(dāng)1-4號(hào)模塊工作出現(xiàn)異常，微控制器會(huì)啟動(dòng)本發(fā)明的電流池工作，使塔頂放大器的消耗電流在正常工
x /p了
作電流的基礎(chǔ)上再額外增加規(guī)定額度的消耗電流A =^7~^"'"，所述消耗電流與電流池
供電電源的供電輸入電壓無關(guān)，從而可以精確控制電流池的消耗電流，而不受電源電壓波 動(dòng)的影響，通過調(diào)節(jié)以此來告知基站控制器塔頂放大器處于故障狀態(tài)，并通過額外增加的 消耗電流的額度來報(bào)告不同的故障信息，以此告知基站，塔頂放大器TMA已經(jīng)發(fā)生故障，需 要及時(shí)處理。
權(quán)利要求
塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于包括將PWM信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)的二階BYtterworth低通濾波器(1)和由二階BYtterworth低通濾波器(1)輸出的模擬電壓信號(hào)控制的負(fù)反饋電流池電路(2)；所述負(fù)反饋電流池電路(2)與電源連接，該負(fù)反饋電流池電路(2)的消耗電流只與所述模擬電壓信號(hào)大小有關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述負(fù)反饋電 流池電路(2)的消耗電流與所述模擬電壓信號(hào)大小成正比例關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述二階 BYtterworth低通濾波器(1)截止頻率范圍10_500Hz， P麗信號(hào)頻率范圍5KHz-30KHZ。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述 二階BYtterworth低通濾波器(1)由第一、第二電阻(Rl、 R2)，第一、第二電容(Cl、 C2)和 第一運(yùn)算放大器(Yl)組成；所述第一運(yùn)算放大器(Yl)的同相輸入端通過第二、第一電阻 (R2、 Rl)后形成與微控制器連接的P麗信號(hào)輸入端(A)，所述第一運(yùn)算放大器(Yl)的同相 輸入端同時(shí)通過第二電容(C2)接地，所述第一運(yùn)算放大器(Yl)的反相輸入端與第一運(yùn)算 放大器(Yl)的輸出端、第一電容(Cl)的一端連接后作為二階BYtterworth低通濾波器(1) 的輸出端，第一電容(Cl)的另一端與第一、第二電阻(R1、R2)之間的接點(diǎn)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述負(fù)反饋電 流池電路(2)包括有第四、第五、第六、第七、第八電阻(R4、R5、R6、R7、R8)、第四電容(C4)、 第二運(yùn)算放大器(Y2)和達(dá)林頓管(Ql)，第二運(yùn)算放大器(Y2)的同相輸入端與第四、第五 電阻(R4、 R5)的一端分別連接，第四電阻(R4)的另一端與二階BYtterworth低通濾波器 (1)的輸出端連接，第五電阻(R5)的另一端接地；所述第二運(yùn)算放大器(Y2)的反相輸入端 與第四電容(C4)的一端、第六電阻(R6)的一端分別連接，第六電阻(R6)的另一端與第七 電阻(R7) —端連接后與達(dá)林頓管(Ql)的低壓端連接，第七電阻(R7)另一端接地；第二運(yùn) 算放大器(Y2)的輸出端與第四電容(C4)的另一端、第八電阻(R8)的一端分別連接，第八 電阻(R8)的另一端與達(dá)林頓管(Ql)的控制端連接，達(dá)林頓管(Ql)的高壓端通過與電源 (POWER)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述第二運(yùn)算 放大器(Y2)的反相輸入端通過肖特基二極管(Dl)形成與微控制器連接的關(guān)閉信號(hào)端(B)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于在達(dá)林頓管 (Ql)的高壓端與電源(POWER)之間還設(shè)有濾波電路，該濾波電路包括有第三電容(C3)和電 感(Ll)，所述達(dá)林頓管(Ql)的高壓端通過該電感(Ll)與電源輸入端(POWER)及第三電容 (C3)的一端分別連接，第三電容(C3)的另一端接地。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的塔頂放大器中的可配置式電流池，其特征在于所述達(dá)林頓管 (Ql)由兩個(gè)NPN三極管組成，前一個(gè)NPN三極管的基極作為達(dá)林頓管(Ql)的控制端，前一 個(gè)NPN三極管的集電極與后一個(gè)NPN三極管的集電極連接后作為達(dá)林頓管(Ql)的高壓端， 前一個(gè)NPN三極管的發(fā)射極與后一個(gè)NPN三極管的基極連接，后一個(gè)NPN三極管的的發(fā)射 極作為達(dá)林頓管(Ql)的低壓端。
全文摘要
本發(fā)明公開了塔頂放大器中的可配置式告警電流池，包括將PWM信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)的二階BYtterworth低通濾波器和由二階BYtterworth低通濾波器輸出的模擬電壓信號(hào)控制的負(fù)反饋電流池電路；所述負(fù)反饋電流池電路與電源連接，該負(fù)反饋電流池電路的消耗電流只與所述模擬電壓信號(hào)大小有關(guān)。所述負(fù)反饋電流池電路的消耗電流與所述模擬電壓信號(hào)大小成正比例關(guān)系。本發(fā)明具有可配置、可多級(jí)告警、電源芯片的功率耗散小、電源芯片發(fā)熱少，電源芯片輸出電壓的穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F1/34GK101789762SQ20101010020
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者呂燚 申請人:電子科技大學(xué)中山學(xué)院