摘要：在智能微波開關信號解調電路中采用了三級程控放大電路，各級放大電路的增益由多路SPI數字電位器MCP4351控制。測量電路對靈敏度調節電位器輸出電壓進行測量，在保證各級輸出不失真的情況下，根據約束條件分配測量結果所對應的總增益，并形成增益分配表。其中，第二、三級增益按照線性法分配，第一級增益按照約束方程計算得出。解調時，系統控制核心MSP430F149查增益分配表得到數字電位器的調整值，并按照調整值調節電位器的阻值，實現增益的自動控制。該方法不需要單片機進行大量復雜的增益計算過程，節省運行時間和程序存儲空間。
關鍵詞：解調；自動增益控制；數字電位器；程控放大電路

0 引言
智能微波開關是一種基于微波波束障礙法實現對物體位置實時監測的智能儀表。智能微波開關的現場部分分為發射和接收兩部分，兩部分分別被安裝于垂直于物流方向的料倉或傳輸帶的兩端。發射部分發射出經調制的高頻微波脈沖信號；接收部分接收此信號，并經過解調、放大和濾波等一系列處理，最終將處理好的信號送入微處理器(MSP430F149)進行判斷，從而確定被測物體的料位(或有無)。
在實際工業應用中，智能微波開關應用環境復雜，發射部分和接收部分之間相對距離的不確定性、干擾等因素造成微波檢波信號幅值動態范圍很大。若放大電路的增益過大，將會引起信號的“削頂”失真；若放大電路的增益過小，將會使信號幅值偏低而引起誤判。這兩種情況都將使后續測量和處理電路無法正確識別信號。另外，由于微波檢波器接收到的微波信號幅值與微波開關發射器和接收器之間的距離成指數衰減關系，因此為滿足不同距離的使用要求，設計時采取多級放大的方法彌補微波信號幅值的指數衰減，以保證距離變化在一定范圍內時放大后的信號幅值基本保持不變，以便于檢測。
為了保證信號檢測的準確性，在放大電路中必須合理分配各級增益，使每級均不失真，且放大信號達到最佳測量范圍，提高接收部分的靈敏度，以確保整個智能微波開關系統的檢測正確無誤。有關增益自動控制的方法很多，由于應用環境以及實現方法的不同而各具特色。文獻中提出了一種兩級級聯控制總增益的方法，采用兩片AD8367芯片組成放大電路，并通過合理計算和分配兩級增益，保證了輸出電壓不失真，提高了系統的線性性能。然而兩級放大電路的增益有限，為了滿足更寬增益范圍的要求，需要增加更多級聯，以保證有足夠可調節的增益。
本文采用微處理器MSP430F149控制帶8位易失性存儲器的四路SPI數字電位器MCP4351組成三級級聯放大電路，實現了對微波檢波信號放大增益的自動控制。此方法工作效率高，適合寬動態范圍的增益控制。下邊分別從硬件電路設計、軟件設計思路及總體實現方法等方面進行分析。

1 增益自動控制系統框架設計
智能微波開關接收部分對接收到的微波檢波器輸出信號進行前置固定增益(增益約為1)放大以及濾波以后，通過三級程控放大電路放大，將信號幅值放大到要求的范圍，再由后續電路進行解調和處理。放大器級聯模型如圖1所示。

為了適應寬動態范圍的應用，放大器的增益控制必須足夠的靈活。當輸入幅值特別小的時候，放大電路要能夠將小幅值信號放大到要求的范圍內；當輸入幅值特別大的時候，放大電路還應該能夠將大幅值信號壓縮。因此，第一級放大電路的設計最關鍵，要求對信號既可以放大也可以壓縮。而第二級和第三級放大電路僅具有放大能力就可以滿足實際應用要求。
2 增益自動控制電路硬件設計
根據寬動態范圍檢波器輸出信號的特點(輸出信號約為500μV～2．75 V)，本文設計的第一級程控增益放大電路要適應如此寬動態范圍信號的放大，同時又能夠濾除噪聲，故采用集成運放、程控數字電位器和電容組成了反相輸入的一階低通濾波電路，同時還具有增益調節功能，微處理器可以通過程序控制此電路的增益。所設計的第一級程控增益放大部分的電路原理圖如圖2所示(其中中R11和R12為程控數字電位器R1)。