数字幅频均衡功率放大器
——硬件电路设计
摘要
本文设计了一个基于FPGA的数字信号处理技术的幅频均衡功率放大器（硬件电路）。系统由前置放大器、低通滤波、带阻网络、AD转换、FPGA数字幅频均衡、DA转换及功率放大电路构成。
前置放大是采用运放NE5532设计的同相比例放大电路，实现了500倍的电压放大，通频带为20hz-20khz，输出电阻为600欧；无源T型带阻滤波器的中心频率是10kHz，衰减为-11.735db；AD转换电路采用16位，转换速率250ksps的ADS8505芯片，在FPGA设计一个数字幅频参数均衡器,补偿前级带阻网络的频响特性，以达到幅频均衡的目的，通频带20hz-20KHz内的电压幅度波动在1.5db以内。数字幅频均衡后的信号通过DAC5687（采样率500ksps）转换，并在OCL低频功放电路驱动负载，OCL功率放大电路输出功率大于10W，转换效率大于50%。基本实现题目要求。
关键字：数字幅频均衡；功率放大器；前置放大；带阻滤波器；ADC;DAC；
Digital Amplitude-Frequency Balanced Power
Amplifier ——Circuit Design
This thesis is to design a digital amplitude-frequency balanced amplifier by digital signal processing technology on FPGA . The system is consists of pre-amplifier, low pass filter, band-stop network, A / D sampling, FPGA digital amplitude and frequency equalization circuit, DA conversion and power amplification circuit. Preamplifier is a circuit which Amplifier with the phase ratio consists by NE5532, voltage of 500-fold magnification, when the pass band attenuation -0.56db as 20hz-20khz, output resistance is 600 ohm. The center frequency of passive band-stop filter is 10kHz, the attenuation -11.735db, after sampling the output signal through the AD, in the FPGA ,the design of a digital amplitude and frequency parameters of the equalizer to compensate the former level frequency response
characteristics of band-stop networks to achieve the objective of balanced amplitude and frequency - pass band 20hz-20KHz range of the voltage fluctuations within the 1.5db. DA sampling the signal by digital amplitude-frequency balanced into the OCL low-frequency power amplifier circuit and driving the load. The OCL power amplifier circuit output power of 12.6W, conversion efficiency of 65%. This amplifier can better handle the signal to achieve power amplification
Keywords: digital amplitude-frequency equalization; Power
Amplifier; Preamplifier; Bandstop filter;A/D;
目 录
第一章 绪 论 ......................................... 4 1.1 引言 ............................................... 4 1.2 数字幅频均衡功率放大器的优点与应用 ................. 5 1.3 本课题的研究任务和论文介绍 .......................... 5 1.31 设计的主要任务 ................................... 5 1.32 论文的主要内容 ................................... 5 第二章 方案论证 ....................................... 6 2.1 系统结构介绍 ........................................ 6 2.2 前置放大电路的方案论证 .............................. 6 2.3 带阻网络电路的方案论证 .............................. 6 2.4 数字幅频均衡的方案论证 .............................. 7 2.5 功率放大电路的方案论证 .............................. 7 第三章 各部分电路设计 .................................. 8
3.1 前置放大电路 ........................................ 8 3.11 NE5532的介绍 ..................................... 8 3.12 同相比例放大电路 ................................ 10 3.13 同相比例放大组成的前置放大电路 .................. 11 3.2 带阻网络 ........................................... 12 3.21 滤波器的介绍与分类 .............................. 12 3.22 无源带阻滤波器的设计原理 ........................ 13 3.23带阻网络的设计过程 ............................... 14 3.3 数字幅频均衡处理 ................................... 17 3.31 A/D转换电路..................................... 17 3.32 数字均衡的理论分析与设计 ........................ 21 3.33 D/A转换电路设计 ................................. 23 3.4 功率放大电路 ....................................... 25 3.41 原理介绍 ........................................ 25 3.42 OCL放大器的设计方法 ............................. 28 第四章 电路调试与性能测试 ............................. 34 4.1测试仪器与方法 ..................................... 34 4.2调试与测试数据 ..................................... 34 4.3测试结论 ........................................... 37 第五章 结语 .......................................... 37 5.1 论文工作总结 ....................................... 37
5.2 心得体会 ........................................... 38 致谢 ................................................... 38 参考文献 ............................................... 39 附录1：英文翻译—原文 .................................. 40 附录2：英文翻译—译文 .................................. 45
第一章 绪 论
1.1 引言
均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除因信道的时变多径传播特性引起的码间干扰.在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程是均衡器算法、结构和通信变化率的函数。 均衡技术可以分为两大类：线性和非线性均衡。这些种类是由自适应均衡器的输出接下来是如何控制均衡器来划分的。判决器决定了接收数字信号比特的值并应用门限电平来决定d(r)的值。如果d(r)没用在反馈路径中调整均衡器，均衡器就是线性的。另一方面，如果d(r)反馈回来调整均衡器，则为非线性均衡。
所谓数字均衡器，即数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定的预算关系改变输入信号所含的频率成分相对比例或滤除某些频率成分的器件。因此，数字滤波器的概念与模拟滤波器相同，只是信号形式和实现滤波方法不同。当用硬件实现一个数字滤波器时，所需要的元件是延时器、乘法器和加法器，当用软件实现一个数字滤波器是，它即是一段线性卷积程序。而模拟滤波器只能用硬件实现，其元件是R,L,C及运算放大器或开关电容。数字滤波器的可靠性和灵活性是模拟滤波器所不能比拟的。而且模拟滤波器受环境因素影响较大，品质因素Q（与带宽有关）固定，要达到高精度的要求，就要增加成本。而数字滤波器的带宽可以灵活地改变，无需对硬件进行修改，且受环境因素影响较小。数字滤波器一般有两个功能：（1）分离重合的信号。（2）恢复因为某些原因而变形的信号。本论文设计的原理就是采用了数字滤波器的第二个功能来实现经过带组网络后的信号幅频均衡。
幅频均衡也就是说这个东西可以抑制振幅失真,改善幅频特性,提高信号还原的保真度。
本论文的设计就是：一个信号通过前置放大，无源带阻滤波器滤波，再