專利名稱：基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器，尤其涉及一種可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電源通斷、 工作通斷、放大增益和放大帶寬的功率放大器。
二背景技術(shù)：
壓電材料既能作為傳感元件，又能作為激勵(lì)元件。壓電材料作為激勵(lì)元件， 在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、振動(dòng)主動(dòng)控制、超聲無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)壓電元件的功率放大器多為獨(dú)立的儀表儀器。這種獨(dú)立儀器體積 大，其通斷、增益需手動(dòng)調(diào)節(jié)， 一般不具備帶寬調(diào)節(jié)的能力。
在很多應(yīng)用領(lǐng)域，比如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，要求根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度和尺寸大 小，選用不同的激勵(lì)信號(hào)幅值，在壓電元件以陣列使用時(shí)，要求多個(gè)壓電元件同 時(shí)產(chǎn)生激勵(lì)；在結(jié)構(gòu)振動(dòng)(噪聲)主動(dòng)控制領(lǐng)域，要求根據(jù)測(cè)量的結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況， 在結(jié)構(gòu)不同部位產(chǎn)生不同大小的激勵(lì)信號(hào)來(lái)抑制有害振動(dòng)等等。這些應(yīng)用都要求 功率放大器組成功放陣列，但是作為獨(dú)立儀器的功率放大器在組成功率放大器陣 列時(shí)，儀器結(jié)構(gòu)龐大，復(fù)雜，而且儀器管理不方便；當(dāng)需要分別控制陣列中各個(gè) 功率放大器的工作狀態(tài)時(shí)，需要人為手動(dòng)控制，影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制精度。 這些缺陷使得在實(shí)際應(yīng)用中，大量使用壓電元件受到限制。這就要求有一種功率 大器，可以用來(lái)放大激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)壓電元件，而且這種功率放大器的導(dǎo)通和關(guān)閉、 以及增益和帶寬可以通過(guò)程序調(diào)整；在使用多個(gè)這樣的功率放大器組成功放陣列 時(shí)，可有由統(tǒng)一的軟件對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一的管理。本發(fā)明正是在這種背景下產(chǎn)生的。
三
發(fā)明內(nèi)容
1、 技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于計(jì)算機(jī)總線的通斷、增
益和帶寬可程控功率放大器。
2、 技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器 包括直流電源模塊、計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊和功率放大模塊，直流電源模塊將 外界電源轉(zhuǎn)換后為功率放大模塊供電，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊與計(jì)算機(jī)總線相 連并向直流電源模塊和功率放大模塊輸出控制信號(hào)，功率放大模塊在計(jì)算機(jī)總線 通訊接口模塊的控制下對(duì)外界輸入的小功率寬帶信號(hào)進(jìn)行功率放大。直流電源模 塊外接電源并為功率放大模塊供電；計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊與計(jì)算機(jī)總線相連并向功率放大模塊輸出控制信號(hào)和監(jiān)測(cè)功率放大器模塊的控制狀態(tài)，同時(shí)控制電 源的丌啟和關(guān)閉；功率放大模塊在計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的控制下對(duì)外界輸入 的小功率寬帶信號(hào)進(jìn)行功率放大；
直流電源模塊包括電源開(kāi)啟模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊和輸出過(guò)流指示模塊，外 界電源依次經(jīng)過(guò)電源丌啟模塊、丌關(guān)電源模塊和輸出過(guò)流指示模塊轉(zhuǎn)換為高功率 復(fù)流電源供給功率放大模塊；電源丌啟模塊接收計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的開(kāi)啟 控制直流電源模塊將220V工業(yè)電或計(jì)算機(jī)總線上的電源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，輸出 高功率直流電源，給功率放大模塊供電，有如下兩種實(shí)現(xiàn)方案(l)在輸出信號(hào) 功率要求較高以及考慮計(jì)算機(jī)總線插槽成本的場(chǎng)合，使用外部獨(dú)立儀器式小型功 率放大器，受計(jì)算機(jī)外部總線控制。電源模塊采用大功率AC-DC型開(kāi)關(guān)電源模 塊，將工業(yè)220V交流電源轉(zhuǎn)換成高功率直流電源輸出。在電源信號(hào)的輸出端與 負(fù)載之間加入輸出過(guò)流指示模塊，它能起到保護(hù)直流穩(wěn)壓源模塊和功率放大模塊 的作用，并提示用戶功率放大器出現(xiàn)故障。在直流電源的輸入或出端也接入一個(gè) 電源丌啟提示模塊，向用戶表明功率放大器的上電情況。(2)在輸出信號(hào)功率要 求不高以及考慮系統(tǒng)集成性的場(chǎng)合，使用基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線插卡式功率放大 器，由計(jì)算機(jī)總線電源直接供電給電源模塊，電源模塊采用DC-DC升壓型開(kāi)關(guān) 電源模塊，輸出大電壓直流電源。同樣可以具有輸出過(guò)流指示模塊和電源開(kāi)啟提 示模塊。電源模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉通過(guò)程序進(jìn)行控制。
計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊包括總線接口模塊、譯碼器模塊、程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸 出鎖存模塊和程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊接受來(lái)自于 計(jì)算機(jī)總線的控制任務(wù)交互信號(hào)，向譯碼器模塊輸出片選地址信號(hào)和讀寫使能信 號(hào)，并同時(shí)向程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊輸出程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)并讀取程控狀態(tài)信號(hào) 輸入緩存模塊緩存輸入的程控狀態(tài)代碼信號(hào)，譯碼器模塊同時(shí)向程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸 出鎖存模塊和程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊輸出使能信號(hào)，程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存 模塊向直流電源模塊中的電源開(kāi)啟模塊和功率放大模塊輸出程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)；計(jì)算 機(jī)總線通訊接口模塊實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的控制任務(wù)交互功能，輸出控制信號(hào)給功率 放大模塊改變其工作狀態(tài)，同時(shí)讀回功率放大模塊的控制狀態(tài)，監(jiān)控功率放大器。 其電源由計(jì)算機(jī)總線電源提供。其對(duì)功率放大模塊的控制過(guò)程如下1、對(duì)功率 放大模塊工作狀態(tài)進(jìn)行程控時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)程序，然后該程序經(jīng)歷如下過(guò)程實(shí)
現(xiàn)狀態(tài)調(diào)節(jié)程序指令被計(jì)算機(jī)微處理器編譯鏈接并且執(zhí)行以后由微處理器產(chǎn)生
控制任務(wù)交互信號(hào)，這個(gè)信號(hào)里包含了所有和狀態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)的信息包括程控代
碼、片選地址、寫使能；控制任務(wù)交互信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)總線在總線接口模塊進(jìn)行 處理；總線接口模塊向譯碼模塊發(fā)出寫使能信號(hào)(這時(shí)讀使能關(guān)閉)，片選地址 信號(hào)，同時(shí)發(fā)出程控代碼信號(hào)；根據(jù)片選地址信號(hào)使能對(duì)應(yīng)地址的譯碼器模塊；被使能的譯碼器模塊向程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊發(fā)出輸出使能信號(hào)；程控驅(qū)動(dòng) 信3輸出鎖存模塊使能后讀取程控代碼信號(hào)并鎖存輸出。程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括電源 丌fi驅(qū)動(dòng)信號(hào)、輸入通斷控制信號(hào)、帶寬調(diào)節(jié)信號(hào)、增益調(diào)節(jié)信號(hào)和輸出通斷控 制信號(hào)；2、對(duì)功率放大模塊程控狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，運(yùn)行程控狀態(tài)讀取程序，然 后程序經(jīng)歷如下過(guò)程實(shí)現(xiàn)程控狀態(tài)讀取程序指令被計(jì)算機(jī)微處理器編譯鏈接并 且執(zhí)行以后由微處理器產(chǎn)生控制任務(wù)交互信號(hào)，這個(gè)信號(hào)里包含了所有和程控狀 態(tài)有關(guān)的信息包括程控狀態(tài)代碼、片選地址、讀使能?？刂迫蝿?wù)交互信號(hào)通過(guò)計(jì) 算機(jī)總線在總線接口模塊進(jìn)行處理；總線接口模塊向譯碼模塊發(fā)出讀使能信號(hào)
(這時(shí)寫使能關(guān)閉)，片選地址信號(hào)根據(jù)片選地址信號(hào)使能對(duì)應(yīng)地址的譯碼器 模塊；被使能的譯碼器模塊向程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊發(fā)出輸入使能信號(hào)；程 控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊讀取程控狀態(tài)信號(hào)并緩存輸入到總線通用接口模塊。程 控狀態(tài)信號(hào)確定后通過(guò)總線接口模塊與總線通訊并進(jìn)入微處理器，然后返回程控 狀態(tài)讀取程序。對(duì)功率放大器模塊程控狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是為了監(jiān)視功率放大器模塊 是S按要求完成工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)。程控狀態(tài)信號(hào)包括電源丌啟狀態(tài)信號(hào)、輸入通 斷狀態(tài)信號(hào)、帶寬狀態(tài)信號(hào)、增益狀態(tài)信號(hào)和輸出通斷狀態(tài)信號(hào)。
功率放大模塊包括輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、 集成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊，外界待處理的小功率寬帶信號(hào)依 次經(jīng)過(guò)輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、集成功率運(yùn)算放 大器模塊和輸出通斷控制模塊處理成為大功率寬帶信號(hào)；功率放大模塊根據(jù)控制 指令改變自身的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的變化，并對(duì)輸入的小功率寬帶信號(hào)進(jìn) 行」力率放大，輸出大功率寬帶信號(hào)，所述的大功率寬帶信號(hào)電壓幅值一 般為± 50V 土80.V，電流幅值一般為20mA 500mA，輸出功率一般在10W 40W，帶寬 一般在0.1Hz到500KHz之間。其工作原理如下(1)外界輸入的小功率寬帶信 號(hào)(帶寬一般在0.1Hz到500KHz之間)首先進(jìn)入輸入通斷模塊。輸入通斷模塊 由一個(gè)高速模擬開(kāi)關(guān)組成。高速模擬開(kāi)關(guān)根據(jù)輸入通斷控制信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān) 閉，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的通斷控制。高速模擬丌關(guān)的通斷狀態(tài)可以由計(jì)算機(jī)總 線通訊接口模塊讀取，通過(guò)返回輸入通斷狀態(tài)信號(hào)最后告知程控狀態(tài)讀取程序
(2)輸入通斷模塊導(dǎo)通后，小功率寬帶信號(hào)進(jìn)入信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊。該模塊由 高速模擬開(kāi)關(guān)、濾波器組成。高速模擬開(kāi)關(guān)根據(jù)帶寬調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉， 以此改變?yōu)V波器截止頻率，從而改變?yōu)V波器帶寬，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的帶寬調(diào)節(jié)， 輸出固定帶寬的小功率信號(hào)。此高速模擬開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)可以由計(jì)算機(jī)總線通訊 接口模塊讀取，通過(guò)返回帶寬狀態(tài)信號(hào)最后告知程控狀態(tài)讀取程序；G)增益調(diào) 節(jié)模塊l[l高速模擬j—「關(guān)、集成功率運(yùn)算放大器模塊中的控制增益的輸入和反饋電 路組成。高速模擬開(kāi)關(guān)根據(jù)增益調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)閉，以此選擇不同的輸入
51乜路，從而改變信號(hào)放大增益，實(shí)現(xiàn)對(duì)集成功率運(yùn)算放大器模塊增益的調(diào)節(jié)。此 高速模擬丌關(guān)的通斷狀態(tài)可以由計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊讀取，通過(guò)返回增益狀 態(tài)信號(hào)最后告知程控狀態(tài)讀取程序(4)信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊輸出的固定帶寬的小 功率信號(hào)進(jìn)入集功率運(yùn)算放大器模塊。該模塊由高速高功率集成功率運(yùn)算放大器 及其輔助電路組成。根據(jù)增益調(diào)節(jié)模塊的工作狀態(tài)，以固定增益放大輸入信號(hào)電 Jl;:,并根據(jù)負(fù)載大小，輸出相應(yīng)大小的電流，最后形成大功率信號(hào)輸出；(5)大 功率輸出信號(hào)迸入輸出通斷控制模塊。該模塊由大功率繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組 成。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)輸出通斷控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器的閉合和斷丌，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出 信號(hào)的通斷控制。驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài)可以由計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊讀取，通 過(guò)返回輸出通斷狀態(tài)信號(hào)最后告知程控狀態(tài)讀取程序。
在對(duì)功率放大器通斷實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，輸出通斷控制模塊由于受到繼 巾,器閉合穩(wěn)定或斷丌穩(wěn)定時(shí)間的限制可以省略該模塊。在對(duì)功率放大器通斷實(shí)時(shí) 性要求不高的場(chǎng)合可以省略輸入通斷控制模塊以減小功率放大器體積。
功率放大模塊中除了集成功率運(yùn)算放大器模塊使用直流電源模塊輸出的電 源以外，其余模塊均采用計(jì)算機(jī)總線電源對(duì)其供電，這樣可以降低對(duì)電源模塊的 要求，只需電源模塊輸出大功率直流電源即可，從而可以減小電源模塊的體積。
3、有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(l)基于計(jì)算機(jī)總線的通斷、增益和帶寬可程控 功率放大器，可以很方便的和其它基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的儀器集成在一個(gè)統(tǒng)一的
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中構(gòu)成一臺(tái)集成度高的儀器設(shè)備；(2)當(dāng)使用壓電元件陣列進(jìn)行工程
測(cè)試時(shí)，多個(gè)基于計(jì)算機(jī)總線的通斷、增益和帶寬可程控功率放大器可在同一個(gè)
系統(tǒng)總線上組成激勵(lì)信號(hào)放大器陣列，而且可以通過(guò)統(tǒng)一的軟件對(duì)其進(jìn)行管理； (3)其程控功能使其可以和其它計(jì)算機(jī)程序集成在一起構(gòu)成一個(gè)集成的測(cè)試軟 件系統(tǒng)；閑此本發(fā)明可以促進(jìn)壓電材料在大型工程結(jié)構(gòu)上的廣泛應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)健 成監(jiān)測(cè)等技術(shù)的工程化應(yīng)用。
四

圖1功率放大器電路模塊組成及信號(hào)流；
圖2直流電源模塊示意圖，其中(a)為一種結(jié)構(gòu)的直流模塊示意圖，(b)為 另一種結(jié)構(gòu)的直流模塊示意圖3計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊示意圖； 圖4功率放大模塊示意圖5本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于PCI系統(tǒng)總線的可程控功率放大器整體結(jié)構(gòu)
6圖6本發(fā)明 -個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊電路結(jié)構(gòu)原理圖7本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于DC-DC丌關(guān)電源的電源模塊電路結(jié)構(gòu)原理
閣
圖8本發(fā)明---個(gè)實(shí)施例的功率放大模塊電路結(jié)構(gòu)原理圖； 圖9本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的狀態(tài)控制程序執(zhí)行流程圖。
ii具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本實(shí)施例的基于PCI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的可程控功率放大器包括 肖.流電源模塊、計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊和功率放大模塊，整體實(shí)現(xiàn)方案如圖5
所示。計(jì)算機(jī)總線電源作為整個(gè)功率放大器的總電源對(duì)功率放大模塊(除集成運(yùn) 算功率放大器模塊外)和直流電源模塊供電。
如圖2 (b)所示，直流電源模塊包括電源開(kāi)啟模塊、電源開(kāi)啟指示模塊、 開(kāi)關(guān)電源模塊和輸出過(guò)流指示模塊，因本實(shí)例為基于計(jì)算算機(jī)總線的插卡式功率 放大器，所以采用DC-DC型開(kāi)關(guān)電源對(duì)總線電源進(jìn)行電壓提升，然后輸出高壓 宵流電源給功率放大模塊中的集成運(yùn)算功率放大器模塊供電。如果為了實(shí)現(xiàn)外部 獨(dú)立儀器式小型功率放大器，則采用如圖2 (a)所示AC-DC型開(kāi)關(guān)電源模塊。
如圖3所示，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊包括總線接口模塊、譯碼器模塊、程 控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊和程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊；計(jì)算機(jī)總線通訊接口模 塊與計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行交互，根據(jù)控制任務(wù)交互信號(hào)產(chǎn)生電源開(kāi)啟驅(qū)動(dòng)信號(hào)接通電 源，此時(shí)直流電源丌始工作。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊向功率放大模 塊發(fā)出通斷、增益、帶寬控制信號(hào)按照計(jì)算機(jī)程序的設(shè)置對(duì)功率放大器模塊進(jìn)行 控制，并讀取控制狀態(tài)監(jiān)測(cè)功率放大器的工作。計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊電路結(jié) 構(gòu)原理如圖6所示。
如圖4所示，功率放大模塊包括輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增 益調(diào)節(jié)模塊、集成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊，外界待處理的小功 率寬帶信號(hào)依次經(jīng)過(guò)輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、集 成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊處理成為大功率寬帶信號(hào)。
當(dāng)對(duì)功率放大模塊工作狀態(tài)進(jìn)行程控時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)程序，程序指令被計(jì) 算機(jī)微處理器編譯鏈接并且執(zhí)行以后由微處理器產(chǎn)生控制任務(wù)交互信號(hào)，這個(gè)信 號(hào)里包含了所有和狀態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)的信息包括程控代碼、片選地址、寫使能；控制 任務(wù)交互信號(hào)通過(guò)PCI總線在總線接口芯片進(jìn)行處理；總線接口芯片向譯碼器1 發(fā)出寫使能信號(hào)(這時(shí)讀使能關(guān)閉)，片選地址信號(hào)A0，同時(shí)在數(shù)據(jù)總線上發(fā)出 程控代碼信號(hào)譯碼器1使能后向輸出鎖存器發(fā)出輸出使能信號(hào)；輸出鎖存器使 能后讀取程控代碼信號(hào)并鎖存輸出程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此信號(hào)是一個(gè)8位的二進(jìn)制信
7號(hào)，包括電源開(kāi)啟驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr0、輸入通斷控制信號(hào)Drl、帶寬調(diào)節(jié)信號(hào)Dr2， Dr3、增益調(diào)節(jié)信號(hào)Dr4， Dr5和輸出通斷控制信號(hào)Dr6。信號(hào)DrO輸入到電源模 塊中的電源開(kāi)啟繼電器驅(qū)動(dòng)電路，信號(hào)Drl輸入到功率放大模塊中輸入通斷控制 電路的模擬開(kāi)關(guān)，信號(hào)Dr2， Dr3輸入到功率放大模塊中信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)電路的模 擬開(kāi)關(guān)，信號(hào)Dr4， Dr5輸入到功率放大模塊中增益調(diào)節(jié)電路的模擬開(kāi)關(guān)，信號(hào) Dr6輸入到功率放大模塊中輸出通斷控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路。Dr7沒(méi)有用到，始終 處干島電平狀態(tài)。
當(dāng)對(duì)功率放大模塊程控狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，運(yùn)行程控狀態(tài)讀取程序，程序指令 被計(jì)算機(jī)微處理器編譯鏈接并且執(zhí)行以后由微處理器產(chǎn)生控制任務(wù)交互信號(hào)，這 個(gè)信號(hào)里包含了所有和程控狀態(tài)有關(guān)的信息包括程控狀態(tài)代碼、片選地址Al、 讀使能。控制任務(wù)交互信號(hào)通過(guò)PCI總線在總線接口芯片進(jìn)行處理；總線接口芯 片向譯碼模器2發(fā)出讀使能信號(hào)(這時(shí)寫使能關(guān)閉)，片選地址信號(hào)譯碼器2 向輸入緩存器發(fā)出輸入使能信號(hào)；輸入緩存器從電源開(kāi)啟繼電器驅(qū)動(dòng)電路、功率 放大模塊中輸入通斷控制電路、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)電路、增益調(diào)節(jié)電路、輸出通斷控 制繼電器驅(qū)動(dòng)電路讀取程控狀態(tài)信號(hào)StO St6并緩存輸入到數(shù)據(jù)總線上由總線接 口芯片負(fù)責(zé)接收。程控狀態(tài)信號(hào)確定后通過(guò)總線接口芯片與總線通訊并進(jìn)入微處 理器，然后返回程控狀態(tài)讀取程序。
本實(shí)施例的直流電源模塊電路結(jié)構(gòu)原理如圖7所示，主要采用兩個(gè)DC-DC m長(zhǎng)型訐關(guān)電源(圖中DC1和DC2),將PCI總線上的+12V電源轉(zhuǎn)換成土80V 恒壓輸出。使用+ 12V轉(zhuǎn)士80V主要是考慮到在現(xiàn)行基于計(jì)算機(jī)總線的測(cè)試設(shè)備 中，如工控機(jī)，PCI總線上只有+12V、 +5V和+3.3V的電源功率較高，-12V的 功率較低。不使用+5V轉(zhuǎn)士80V主要是因?yàn)檫@種升壓型開(kāi)關(guān)電源模塊在技術(shù)上實(shí) 現(xiàn)難度較大，而+12V轉(zhuǎn)土80V的升壓型開(kāi)關(guān)電源模塊在目前是可以實(shí)現(xiàn)的。電 路中，繼電器驅(qū)動(dòng)器U1A、 二極管D1和D2、繼電器K1和K2組成電源開(kāi)啟模 塊，該模塊接收到來(lái)自計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DrO后U1A驅(qū)動(dòng)繼 電器Kl和K2閉合，將總線上+12V電源引入后級(jí)開(kāi)關(guān)電源模塊，二極管Dl和 D2起到為繼電器KI和K2泄流的作用。限流電阻Rl、發(fā)光二極管XI組成電源 丌啟提示模塊，前模塊繼電器K1和K2閉合后，Xl亮起，向用戶表明電源己經(jīng) 丌啟。DC1和DC2組成DC-DC升壓型開(kāi)關(guān)電源模塊，接收來(lái)自前級(jí)的總線電 源，將其升壓輸出到土80V恒壓。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl和F2、限流電阻R2和R3、 發(fā)光二極管X2和X3組成輸出過(guò)流指示模塊，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路并使得電源電流 輸出過(guò)大時(shí)，F(xiàn)1和F2斷開(kāi)，X2禾BX3亮起，向用戶表明電源輸出過(guò)流。
本實(shí)施例的功率放大模塊電路結(jié)構(gòu)原理如圖8所示。外界輸入的小功率寬帶 信號(hào)輸入首先通過(guò)有模擬開(kāi)關(guān)S1組成的輸入通斷控制模塊，該模塊接收來(lái)自計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Drl后，內(nèi)部丌關(guān)導(dǎo)通并引入外界輸入信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)S2、電阻R1 R5、電容C1組成信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊，該模塊實(shí)質(zhì)上是一個(gè)1階無(wú)源低通濾波反相跟隨器，模擬丌關(guān)S2受來(lái)自計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr2和Dr3控制選通R1 R4其中一個(gè)電阻，并與固定容值的電容C組成4檔可調(diào)的低通濾波器，經(jīng)過(guò)濾波以后的信號(hào)反相跟隨到增益調(diào)節(jié)模塊。該模塊由模擬開(kāi)關(guān)S3、輸入電阻R6 R9、反饋電阻R10組成。模擬開(kāi)關(guān)S3受來(lái)自計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr4和Dr5控制選通R6 R9其中一個(gè)電阻，并與固定阻值的反饋電阻R10組成4檔增益可調(diào)電路。集成功率運(yùn)算放大器模塊由集成運(yùn)算功率放大器U2、限流電阻Rll、增益補(bǔ)償電阻R12和補(bǔ)償電容(:2組成，U2受到增益調(diào)節(jié)的控制將輸入信號(hào)以固定倍數(shù)進(jìn)行反相電壓提升，Rll限制集成運(yùn)算功率放大器的輸出電流，避免集成運(yùn)算功率放大器工作超出本身的安全區(qū)，R12和CI2共同補(bǔ)償集成運(yùn)算功率放大器的增益，避免導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)功率放大器產(chǎn)生自激振蕩。經(jīng)過(guò)電壓提升后的信號(hào)進(jìn)入由繼電器驅(qū)動(dòng)器U3A、 二極管D1、繼電器K1組成輸出通斷控制模塊，該模塊接收到來(lái)自計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr6后U3A驅(qū)動(dòng)繼電器KI閉合，功率放大器向負(fù)載輸出大功率寬帶激勵(lì)信號(hào)。
本實(shí)施例的基于PCI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的可程控功率放大器的狀態(tài)控制程序
分為狀態(tài)調(diào)節(jié)程序和程控狀態(tài)讀取程序，狀態(tài)控制程序可以分為兩種工作情況(.1)以圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)的；(2)作為一段代碼嵌入其它應(yīng)用程序。這兩種實(shí)施情況的基本流程如圖9所示。
工作情況(1):
① 編寫狀態(tài)控制程序圖形用戶界面，這個(gè)圖形用戶界面可以用LabVffiW，Visual C， Visual 0++等等只要是支持C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)。
② 運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)程序控制功率放大器的電源通斷、工作通斷、放大增益和
放大帶寬。
③ 運(yùn)行程控狀態(tài)讀取程序監(jiān)視電源通斷、工作通斷、放大增益和放大帶寬的程控狀態(tài)。
工作情況(2)
① 將狀態(tài)控制程序?qū)懗纱度氲膽?yīng)用程序的軟件環(huán)境支持的代碼，嵌入應(yīng)用程序中。凡是支持C語(yǔ)言的應(yīng)用程序都可將其嵌入。
② 運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)程序控制功率放大器的電源通斷、工作通斷、放大增益和放大帶寬。
③ 運(yùn)行程控狀態(tài)讀取程序監(jiān)視電源通斷、工作通斷、放大增益和放大帶寬的程控狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器，其特征在于，包括直流電源模塊、計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊和功率放大模塊，直流電源模塊將外界電源轉(zhuǎn)換后為功率放大模塊供電，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊與計(jì)算機(jī)總線相連并向直流電源模塊和功率放大模塊輸出控制信號(hào)，功率放大模塊在計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的控制下對(duì)外界輸入的小功率寬帶信號(hào)進(jìn)行功率放大；其中，直流電源模塊包括電源開(kāi)啟模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊和輸出過(guò)流指示模塊，外界電源依次經(jīng)過(guò)電源開(kāi)啟模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊和輸出過(guò)流指示模塊轉(zhuǎn)換為高功率直流電源供給功率放大模塊；電源開(kāi)啟模塊接收計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊的開(kāi)啟控制；計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊包括總線接口模塊、譯碼器模塊、程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊和程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊接受來(lái)自于計(jì)算機(jī)總線的控制任務(wù)交互信號(hào)，向譯碼器模塊輸出片選地址信號(hào)和讀寫使能信號(hào)，并同時(shí)向程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊輸出程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)并讀取程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊緩存輸入的程控狀態(tài)代碼信號(hào)，譯碼器模塊同時(shí)向程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊和程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊輸出使能信號(hào)，程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出鎖存模塊向直流電源模塊中的電源開(kāi)啟模塊和功率放大模塊輸出程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)；功率放大模塊包括輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、集成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊，外界待處理的小功率寬帶信號(hào)依次經(jīng)過(guò)輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、集成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊處理成為大功率寬帶信號(hào)；直流電源模塊中的電源開(kāi)啟模塊、功率放大模塊中的輸入通斷控制模塊、信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)模塊、增益調(diào)節(jié)模塊、集成功率運(yùn)算放大器模塊和輸出通斷控制模塊各自接收來(lái)自于計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊產(chǎn)生的程控驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并各自將其狀態(tài)信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)總線中的程控狀態(tài)信號(hào)輸入緩存模塊輸入總線接口模塊。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器，其特征在于， 直流電源模塊為AC-DC高功率型丌關(guān)電源模塊或者DC-DC升壓型開(kāi)關(guān)電源模 塊。
3、 如權(quán)利要求I或2所述的基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器，其特征 在于，直流電源模塊還包括電源開(kāi)啟提示模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于計(jì)算機(jī)總線的可程控功率放大器，包括直流電源模塊、計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊和功率放大模塊，直流電源模塊為功率放大模塊供電，計(jì)算機(jī)總線通訊接口模塊與計(jì)算機(jī)總線相連并向直流電源模塊和功率放大模塊輸出控制信號(hào)，功率放大模塊對(duì)外界輸入的小功率寬帶信號(hào)進(jìn)行功率放大。本發(fā)明是基于計(jì)算機(jī)總線的通斷、增益和帶寬可程控功率放大器，可以和其它基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的儀器集成在一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中構(gòu)成一臺(tái)集成度高的儀器設(shè)備，通過(guò)統(tǒng)一的軟件對(duì)其進(jìn)行管理，并可和其它計(jì)算機(jī)程序集成在一起構(gòu)成一個(gè)集成的測(cè)試軟件系統(tǒng)，可以促進(jìn)壓電材料在大型工程結(jié)構(gòu)上的廣泛應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等技術(shù)的工程化應(yīng)用。
文檔編號(hào)H03G9/00GK101494444SQ20091002456
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者董晨華, 袁慎芳, 雷 邱 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)