2.4.1. Mạch tự động điều chỉnh mức phát – ALC
Sơ đồ thể hiện ở phụ lục 5 và phụ lục 6.
2.4.1.1. Phân tích sơ đồ khối
Mô đun này bao gồm các mạch chính như sau: • Mạch tín hiệu cao tần.
• Mạch giám sát điện áp cao tần.
• Mạch tự động điều chỉnh mức công suất phát trong chế độ tuyến tính. • Các mạch cảm biến và giám sát khác.
a. Tuyến tín hiệu cao tần (RF)
* Trong chế độ phát rơ le đầu ra được cấp điện còn rơ le rẽ mạch không được cấp nguồn. Tín hiệu cao tần được lọc từ mô đun FILTER đi qua rơ le đầu ra và bộ cảm biến công suất sau đó được đưa đến đường RF_IN/OUT (Bộ kết nối P1A2) tới bộ kết nối ANT máy thu phát RT-6201C.
* Trong chế độ thu, rơ le rẽ mạch (bypass) được cấp điện và rơ le đầu ra không được cấp điện. Đường RF_IN/OUT được kết nối thông qua rơ le bypass tới đường RCV_OUT, để kết nối tới các mạch thu thông qua mô đun giao diện INTERFACE. Trong chế độ thu, bộ khuếch đại công suất cao tần không làm việc.
b.Các mạch giám sát
* Bộ cảm biến công suất
Bộ cảm biến công suất chứa một bộ ghép định hướng. Trong chế độ phát, bộ ghép này lấy mẫu các tín hiệu RF thuận chiều, tín hiệu bị phản xạ lại tạo ra các điện áp một chiều sóng tới (FWD) và sóng phản xạ (REF) tỷ lệ với giá trị của chúng.
* Các bộ phát hiện giá trị sóng tới và sóng phản xạ
Các bộ phát hiện giá trị đỉnh FWD và REF thu các tín hiệu FWD và REF từ bộ cảm biến công suất và tạo ra các điện áp một chiều tỷ lệ với các giá trị đỉnh của chúng. Những giá trị điện áp này được đưa tới bộ chọn lọc giám sát thông qua các đường tín hiệu VF_PEAK và VR_PEAK.
* Bộ khuyếh đại sóng đứng (FWD)
Điện áp FWD tỷ lệ với công suất cao tần cùng chiều, được cung cấp bởi bộ cảm biến công suất, được khuếch đại và được phát tới mô đun PA thông qua đường VF.
* Mạch phát hiện truy cập ngẫu nhiên ảo (VSWR) và bảo vệ thu
Trong chế độ phát, bộ phát hiện VSWR so sánh các tín hiệu VF_PEAK và VR_PEAK để giám sát VSWR đầu ra máy thu phát RT-6201C. Khi
VSWR vượt quá sẽ có một âm báo động được thực hiện trên đường tín hiệu AM_VSWR_ALARM. AM_VSWR_ALARM được ứng dụng vào bộ chọn giám sát và cũng được gửi tới mô đun MCU thông qua đường ALARM để ngắt bộ vi xử lý trong trường hợp báo động.
Trong chế độ thu, bộ phát hiện VSWR được sử dụng để kích hoạt bảo vệ máy thu trong trường hợp quá công suất xuất hiện ở đầu vào của tuyến thu: khi công suất cao (khoảng hơn 1W) có thể phá hủy các mạch của tuyến thu. Do đó, khi điều kiện AM_VSWR_ALARM được phát hiện trong khi thu, bộ vi xử lý ngắt đầu vào của tuyến thu bằng cách không cấp điện rơ le rẽ mạch (bypass).
c. Mạch tự động điều chỉnh mức công suất cao tần* Bộ tạo điện áp chuẩn * Bộ tạo điện áp chuẩn
Bộ tạo điện áp chuẩn cung cấp các điện áp chuẩn cho bộ khuếch đại sai số ALC, xác lập lại bộ só sánh và điện áp ban đầu của bộ lọc vòng ALC. Các điện áp chuẩn được xác định theo công suất đầu ra mong muốn bằng cách điều khiển dữ liệu thông qua đường dữ liệu điều khiển nối tiếp SER_DATA_ALC bởi bộ vi xử lý MCU.
* Bộ khuếch đại vi sai và lọc vòng ALC
Một bộ khuếch đại vi sai so sánh tín hiệu FWD, là một điện áp DC theo tỷ lệ công suất phát xạ với điện áp chuẩn được cung cấp bởi bộ tạo điện áp chuẩn. Tín hiệu kết quả so sánh được lọc bởi bộ lọc vòng ALC để đạt được điện áp điều khiển VALC_LIN đối với các bộ suy giảm ALC trong mô đun khuếch đại công suất (PA).
* Mạch khởi động tự động điều chỉnh mức (ALC)
Khi chuyển mạch ở chế độ phát, cần thiết phải khởi động bộ lọc vòng ALC để cho phép kích hoạt nhanh các mạch điều khiển ALC trong chế độ phát tuyến tính và ngăn ngừa quá tải công suất đầu ra RF. Đối với mục đích này, các điện dung của mạch lọc vòng ALC được nạp tới một điện áp tương
ứng với công suất đầu ra mong muốn. Điện áp khởi tạo đó đến từ điện áp chuẩn được cung cấp bởi bộ tạo điện áp chuẩn.
- Điện áp khởi tạo: Mạch này cung cấp một điện áp khởi tạo cho các tụ
trong bộ lọc vòng ALC. Điện áp khởi tạo phụ thuộc vào công suất đầu ra mong muốn và được xác định bởi điện áp chuẩn được cung cấp bởi bộ tạo điện áp chuẩn, được điều khiển bởi mô đun MCU. Việc nạp điện các tụ trong bộ lọc vòng ALC đến điện áp khởi tạo thích hợp được thực hiện bởi mạch điều khiển nạp/phóng (charge/discharge).
- Mạch điều khiển phóng nạp: Mạch điều khiển điều khiển hai transistors
Q5 và Q6.
+ Khi máy thu phát RT-6201C không phát trong chế độ tuyến tính, mạch điều khiển bật MOSFET Q5 và cắt Q6. Kết quả là, các tụ trong bộ lọc vòng ALC được nạp đến điện áp VREF_2 được cung cấp bởi bộ tạo điện áp chuẩn.
+ Trong lúc chuyển mạch phát về chế độ tuyến tính, một tín hiệu cao tần được cung cấp được phát trước ở đầu vào mô đun ALC, mạch điều khiển ngắt Q5 và điều khiển Q6 vào trạng thái bão hòa. Q6 bắt đầu xả các tụ trong bộ lọc vòng ALC.
Bộ so sánh thiết lập lại so sánh tín hiệu FWD, nhận được từ bộ cảm biến công suất phát xạ với điện áp chuẩn VREF_1 được tạo ra bởi bộ tạo điện áp chuẩn và cung cấp một dấu hiệu khi chúng bằng nhau.
Mạch điều khiển sau đó ngắt Q6, dừng tác động vào hoạt động của vòng ALC. Từ thời điểm này, vòng ALC bắt đầu điều khiển công suất đầu ra.
d. Bộ phát hiện tỷ lệ giá trị trung bình
Bộ phát hiện tỷ lệ giá trị trung bình sẽ so sánh giá trị đỉnh giám sát tỷ lệ công suất trung bình với công suất đỉnh của tín hiệu đầu vào cao tần và chỉ ra tỷ lệ đó cao hơn hay thấp hơn. Tỷ lệ này được gửi tới bộ chọn lọc giám sát thông qua đường AVE_TO_PEAK và được sử dụng bởi bộ vi xử lý để xác
định chế độ hoạt động của máy thu phát RT-6201C (tuyến tính hoặc hiệu quả).
e. Bộ chuyển đổi nối tiếp/song song
Bộ chuyển đổi nối tiếp/song song được sử dụng bởi mô đun MCU để điều khiển hoạt động của mô đun ALC. Thông tin điều khiển được gửi thông qua đường SER_DATA_ALC .
* DCW/LIN: Tín hiệu cho phép mạch điều khiển nạp/phóng trong chế
độ tuyến tính và không cho phép nó trong chế độ hiệu quả.
* RESET_RO: Thiết lập lại đầu ra bộ phát hiện VSWR
AM_VSWR_ALARM: Trong quá trình điều khiển mô đun MCU.
* RFS_OUT_CTR: Tín hiệu điều khiển thiết bị điều khiển rơ le đầu ra,
mức tích cực thấp trong chế độ thu.
* BYPASS: Tín hiệu điều khiển thiết bị điều khiển rơ le phân nhánh,
mức tích cực cao trong chế độ thu.
* DUMP: Trong lúc thay đổi tần số hoặc mức công suất, hoặc ở cuối của
quá trình xử lý tương thích anten, một mức cao trên đường tín hiệu này tăng tốc quá trình nạp các tụ trong bộ lọc vòng để kích hoạt ngay lập tức mạch khởi tạo ALC. Sau khi các tụ được nạp, tín hiệu DUMP giả định một mức thấp và mạch trả về cấu hình thông thường của nó, với một hằng số thời gian phóng/nạp tụ lớn.
* BIT: Đường BIT điều khiển chuyển mạch tín hiệu kiểm tra BIT. Đầu
ra nối tiếp của thanh ghi dịch được kết nối tới đầu vào dữ liệu nối tiếp của bộ tạo điện áp chuẩn, để cho phép mô đun MCU điều khiển các điện áp chuẩn ALC.
f. Bộ kết hợp báo động
Khi sự báo hiệu kích hoạt hoặc không, đường tín hiệu RFS_GLOBAL không cho phép mạch điều khiển ALC trong chế độ phát. Ngoài ra, tín hiệu đầu ra của bộ kết hợp báo động được gửi tới mô đun MCU thông qua đường
ALARM, để ngắt bộ vi xử lý trong trường hợp cảnh báo. Bộ vi xử lý ngừng phát và nhận dạng nguồn ngắt bởi bộ chọn lọc giám sát.
g. Bộ chọn lọc giám sát
Bộ chọn lọc giám sát là một bộ ghép kênh tương tự, được sử dụng để chọn một trong số các tín hiệu báo hiệu bên trong để giám sát bởi mô đun MCU. Bộ đệm cũng thu tín hiệu đầu ra của bộ chọn lọc giám sát trong mô đun PA. Vì các bộ chọn lọc giám sát của các mô đun ALC và PA không hoạt động đồng thời, chỉ có đầu ra của bộ chọn lọc giát sát kích hoạt ALC_MUX_OUT hoặc PA_MUX_OUT được gửi tới mô đun MCU thông qua đường tín hiệu MUX_OUT_PA/ALC.
2.4.2. Phân tích sơ đồ khối khuếch đại công suất (PA)
Sơ đồ thể hiện ở phụ lục 4 và phụ lục 5.
Mô đun khuếch đại công suất thực hiện khuếch đại tín hiệu cao tần sau đó đưa tới mô đun RF/SYNT, qua mô đun giao diện INTERFACE, mô đun mạch tự động bảo vệ mức công suất phát ALC để bảo đảm công suất cao tần phát đủ lớn theo yêu cầu.
2.4.2.1. Tuyến cao tần (RF)
a. Bộ suy giảm tự động điều chỉnh mức. Tín hiệu cao tần thu được từ
mô đun khuếch đại công suất (PA) được đưa tới bộ suy giảm tự động điều chỉnh mức. Bộ suy giảm tự động điều chỉnh mức (ALC) gồm có hai bộ phận, được điều khiển bởi mạch điều khiển bộ suy giảm. Sự suy giảm phụ thuộc vào chế độ công tác, nó được chọn bởi các tín hiệu điều khiển BIAS ADD0 và BIAS ADD1 {BIAS-Độ lệch điện áp,ADD (address)-địa chỉ. Các tín hiệu này nhận được từ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song.
* Trong chế độ tuyến tính, các tín hiệu điều khiển suy giảm được tạo ra bởi bộ điều khiển suy giảm tỷ lệ với tín hiệu VALC_LIN từ chế độ ALC. Trong chế độ này bộ suy giảm ALC suy giảm tín hiệu đầu vào khối cao tần
* Trong chế độ hiệu quả, các tín hiệu điều khiển suy giảm có các mức cố định. Kết quả là sự suy giảm của bộ suy giảm ALC là không đổi . Trong chế độ này công suất đầu ra được điều khiển bởi rất nhiều giá trị điện áp VDD của bộ khuếch đại công suất.
b. Bộ tiền khuếch đại công suất. Tín hiệu cao tần được suy giảm được
đưa đến bộ tiền khuếch đại công suất, gồm có hai giai đoạn điều khiển và một bộ khuếch đại công suất đẩy kéo. Các giai đoạn này khuếch đại tín hiệu cao tần và cung cấp hai tín hiệu, có độ lớn bằng nhau nhưng ngược pha nhau, ở các mức yêu cầu để điều khiển bộ khuếch đại công suất. Bộ tiền khuếch đại công suất thu thiên áp (điện áp chênh lệch) VBB từ mạch điều khiển bộ tiền khuếch đại công suất. Mạch này được điều khiển bởi tín hiệu PTT* tắt điện áp VBB trong chế độ thu. Do đó bộ tiền khuếch đại công suất chỉ làm việc trong chế độ phát.
c. Bộ tiền khuếch đại công suất. Bộ khuếch đại công suất được mắc theo
kiểu đẩy kéo, đầu ra của mỗi tầng được trộn lại bởi một bộ trộn thụ động. Điện áp nguồn cho bộ khuếch đại công suất được cung cấp bởi mô đun phần đầu dịch vụ vật lý (PSH), thông qua tín hiệu VDD.
* Trong chế độ tuyến tính, điện áp nguồn VDD phụ thuộc vào mức công suất đầu ra theo yêu cầu.
* Trong chế độ hiệu quả, mô đun PSH là một phần của vòng lặp ALC và điện áp nguồn VDD được thay đổi động để đạt được công suất đầu ra mong muốn. Đường dây điện áp nguồn của mỗi giai đoạn đẩy kéo được bảo vệ bởi một cầu chì và được giám sát riêng bởi bộ chọn lọc giám sát.
Thiên áp được xác định bởi các tín hiệu điều khiển BIAS_ADD0 và BIAS_ADD1 từ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song, để bù các thay đổi của hệ số khuếch đại công suất đối với từng tần số cụ thể. Điện áp chênh lệch bù trừ được đưa tới để thay đổi nhiệt độ mô đun khuếch đại công suất.
2.4.2.2. Bộ chuyển đổi nối tiếp/song song
Bộ chuyển đổi nối tiếp/song song được sử dụng để điều khiển hoạt động của mô đun PA thông qua chuỗi dữ liệu nối tiếp nhận được từ đường truyền SER_DATA_OUT. Đường truyền này chuyển các tín hiệu sóng mang điều khiển đến tất cả các mô đun PA, PSH, FILTER và ALC. Bộ chuyển đổi nối tiếp sẽ tách ra các tín hiệu sau đây để đưa tới tín hiệu SER_DATA_OUT:
a. REF_0, REF_1, REF_2: Lệnh 3-bit được gửi tới mô đun PSH để
điều khiển điện áp nguồn VDD cấp cho bộ khuếch đại công suất PA, tương ứng với chế độ hoạt động (tuyến tính/hiệu quả) và yêu cầu công suất đầu ra.
b. Tín hiệu LIN*/CW chọn chế độ hoạt động: tuyến tính hoặc hiệu quả
được sử dụng bởi các mạch khác nhau trong mô đun PA và PSH.
c. FIL_CTR0, FIL_CTR1, FIL_CTR2: Lệnh 3-bit được gửi tới mô đun
FILTER để chọn bộ lọc thông thấp tương ứng với tần số hoạt động RT-6201.
d. BIAS_ADD0, BIAS_ADD1: Lệnh 2-bit được sử dụng trong mô đun
PA để chọn chế độ hoạt động (tuyến tính/hiệu quả) và giảm công suất đầu ra tương ứng với băng tần hoạt động của RT-6201. Lệnh này điều khiển bộ suy giảm ALC và các mạch điều khiển độ lệch.
e. Tín hiệu điều khiển UNBAL_RESET được sử dụng để thiết lập lại
bộ phát hiện mất cân bằng mô đun PA, sau khi một âm báo mất cân bằng bộ khuếch đại công suất PA-ALARM được thu bởi mô đun bộ vi điều khiển (MCU). Bên cạnh các đầu ra song song, bộ chuyển đổi nối tiếp/song song có một đầu ra nối tiếp, nó được kết nối với đường truyền SER_DATA_ALC. Đường truyền này chuyển chuỗi dữ liệu nối tiếp đến mô đun ALC.
2.4.2.3. Bộ giám sát mất cân bằng
Bộ giám sát mất cân bằng giám sát sự làm việc của bộ khuếch đại công suất trong khi phát và cung cấp một tín hiệu cảnh báo PA_ALARM, bất cứ lúc nào các tín hiệu đầu ra của bộ trộn đầu ra không cân bằng thì sẽ có một sự
mất cân bằng giữa hai kênh của bộ khuếch đại công suất. Sau khi mô đun MCU thu được âm cảnh báo PA_ALARM, nó phát tín hiệu UNBAL_RESET để thiết lập lại bộ phát hiện mất cân bằng.
Bộ phát hiện mất cân bằng sử dụng điện áp VBB được cung cấp bởi mạch điều khiển công suất của bộ tiền khuếch đại công suất, do đó mạch này chỉ làm việc ở chế độ phát.
Tín hiệu LIN*/CW điều chỉnh mức mất cân bằng nhỏ nhất gây ra điều kiện báo động tương ứng với chế độ làm việc, tuyến tính hoặc hiệu quả.
2.4.2.4. Bộ cảm biến công suất đầu ra
Công suất đầu ra cao tần của bộ khuếch đại công suất được lấy mẫu
bởi bộ cảm biến công suất đầu ra. Điện áp một chiều (DC) đầu ra PA_OUT_SENS, được đưa vào bộ chọn lọc giám sát.
2.4.2.5. Bộ cảm biến nhiệt độ
Bộ cảm biến nhiệt độ cung cấp một điện áp DC tỷ lệ với nhiệt độ mô đun PA. Điện áp này TEMP_SNS được đưa vào bộ chọn lọc giám sát.
2.4.2.6. Bộ chọn lọc giám sát
Bộ chọn lọc giám sát là một bộ ghép kênh tương tự các tín hiệu bên trong nhận được và kết nối những tín hiệu này tới đường PA_MUX_OUT, tương ứng với lệnh nhận được từ các đường MUX_SEL_0, MUX_SEL_1, MUX_SEL_2.
2.4.2.7. Bộ điều chỉnh điện áp phụ
Bộ điều chỉnh điện áp phụ, được điều khiển bởi tín hiệu PTT*, cung cấp điện áp chuẩn REF_5V, được sử dụng bởi các mạch sau:
- Bộ cảm biến nhiệt độ.
- Thiết bị điều khiển bộ suy giảm ALC (sử dụng trong chế độ hiệu quả) - Mạch điều khiển độ lệch bộ khuếch đại công suất.
2.4.3. Mô đun chọn mức công suất (PSH)2.4.3.1. Phân tích sơ đồ khối 2.4.3.1. Phân tích sơ đồ khối
a. Khái quát
Chế độ hoạt động của mô đun PSH được xác định theo chế độ hoạt động của máy thu phát RT-6201C, khi nhận được tín hiệu điều khiển LIN*/CW từ mô đun MCU.
- Trong chế độ tuyến tính, mô đun PSH hoạt động như một bộ nguồn