相控体制的微波发生装置及其频率源芯片
阅读说明：本技术 相控体制的微波发生装置及其频率源芯片 (Microwave generator of phase control system and frequency source chip thereof ) 是由 杨强 刘荣军 陈君涛 赵瑞华 李栋贤 王俊龙 郭文胜 张学仁 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本申请适用于微波技术领域,提供了一种相控体制的微波发生装置及其频率源芯片。上述频率源芯片包括：依次连接的信号产生单元、数控衰减器和功分器,以及分别与功分器连接的多个处理电路；信号产生单元用于产生第一功率信号,数控衰减器用于对第一功率信号进行第一衰减处理得到第二功率信号,功分器用于将第二功率信号分为与多个处理电路一一对应的多路功率信号；多路处理电路中的每个处理电路均用于对功分器传输来的功率信号进行移相处理和第二衰减处理；其中,第一衰减处理的衰减精度与第二衰减处理的衰减精度不同。本申请能够对频率源芯片的输出功率进行较为精确的控制。(The application is applicable to the technical field of microwaves and provides a microwave generating device with a phase control system and a frequency source chip thereof. The frequency source chip includes: the power divider comprises a signal generating unit, a numerical control attenuator, a power divider and a plurality of processing circuits, wherein the signal generating unit, the numerical control attenuator and the power divider are sequentially connected; the signal generating unit is used for generating a first power signal, the numerical control attenuator is used for carrying out first attenuation processing on the first power signal to obtain a second power signal, and the power divider is used for dividing the second power signal into a plurality of paths of power signals which correspond to the processing circuits one to one; each processing circuit in the multi-path processing circuit is used for performing phase shift processing and second attenuation processing on the power signal transmitted by the power divider; wherein the attenuation accuracy of the first attenuation process is different from the attenuation accuracy of the second attenuation process. The method and the device can accurately control the output power of the frequency source chip.)
技术领域
本申请属于微波技术领域，尤其涉及一种相控体制的微波发生装置及其频率源芯片。
背景技术
微波炉广泛应用在微波加热、干燥等领域。在工业微波加热、干燥应用中的传统微波炉大多采用磁控管作为微波源，其工作频率主要采用915MHz±15MHz，微波炉整机功率位于10W～10KW范围内。
但是磁控管工作时需要高压器件，采用磁控管的微波炉其输出的功率依赖于高压条件下的阳极电压，输出功率的控制精度较差，且工作频率固定不可调。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种应用于微波加热的相控体制的微波发生装置及其频率源芯片，能够提高频率源输出功率的控制精度。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种频率源芯片，应用于微波发生装置，所述频率源芯片包括：依次连接的信号产生单元、数控衰减器和功分器，以及分别与所述功分器连接的多个处理电路；
所述信号产生单元用于产生第一功率信号，所述数控衰减器用于对所述第一功率信号进行第一衰减处理得到第二功率信号，所述功分器用于将第二功率信号分为与所述多个处理电路一一对应的多路功率信号；所述多路处理电路中的每个处理电路均用于对所述功分器传输来的功率信号进行移相处理和第二衰减处理；
其中，所述第一衰减处理的衰减精度与所述第二衰减处理的衰减精度不同。
本申请实施例中，信号产生单元能够产生预设频率的第一功率信号，数控衰减器对第一功率信号进行第一衰减处理得到第二功率信号。之后，功分器将第二功率信号分为与多个处理电路一一对应的多路功率信号。每个处理电路对功分器传输来的功率信号进行移相处理和第二衰减处理。通过第一衰减处理和第二衰减处理能够调整频率源芯片的输出功率，通过移相处理能够调整功率信号的相位，信号产生单元能够对第一功率信号的频率进行控制，因此本申请实施例能够对频率源芯片的输出功率进行较为精确的控制。
基于第一方面，在一些实施例中，所述第一衰减处理的衰减精度小于所述第二衰减处理的衰减精度。
示例性的，第一衰减处理的衰减精度可以小于第二衰减处理的衰减精度，或者第一衰减处理的衰减精度可以大于第二衰减处理的衰减精度。例如，第一衰减处理为对功率信号进行退饱和衰减，第二衰减处理为对功率信号进行退保和衰减之后，进行较为精确的衰减。
具体的，第一衰减处理可以为数控衰减器对信号进行较大幅度的衰减(也可以成为粗衰减)，第二衰减处理为对信号进行较小幅度的衰减(也可以成为精确衰减)。通过数控衰减器先将信号衰减到增益不饱和，之后，再通过第二衰减处理将信号衰减到设定值。
可以理解的，信号增益在一定程度上是线性上升的，但当信号增益上升到一定程度后，会趋于饱和甚至下降。因此，可以采用数控衰减器先将信号衰减到饱和之前(即上述的退饱和衰减)，再进行精度较高的第二衰减处理，衰减到设定值，从而能够提高衰减的精确度以及效率。
基于第一方面，在一些实施例中，每个所述处理电路均包括数字移相器和电调衰减器；
所述数字移相器用于对所述功分器传输来的功率信号进行移相处理，所述电调衰减器用于将经过所述移相处理后的功率信号进行所述第二衰减处理；或者，
所述电调衰减器用于对所述功分器传输来的功率信号进行所述第二衰减处理，所述数字移相器用于将经过所述第二衰减处理后的功率信号进行移相处理。
基于第一方面，在一些实施例中，每个所述处理电路还包括通道开关，所述通道开关用于控制所述处理电路的通断。
在微波发生装置的每个工作周期中，通道开关先断开，在信号发生单元、数控衰减器、数字移相器和电调衰减器确定工作参数之后，通道开关闭合，频率源芯片输出信号。在下个工作周期到来时，通道开关断开，信号发生单元、数控衰减器、数字移相器和电调衰减器重新确定工作参数之后，通道开关闭合，频率源芯片输出信号。
基于第一方面，在一些实施例中，每个所述处理电路还包括第二放大单元，所述第二放大单元用于对经过所述第二衰减处理后的功率信号进行放大。
其中，第二放大单元可以包括一个或多个功率放大器。对信号进行第二衰减处理后，信号的功率通常较低，此时需要对信号进行一定倍数的放大，以满足频率源芯片输出信号的功率。
基于第一方面，在一些实施例中，所述频率源芯片还设置第一接口，所述第一接口分别与所述信号产生单元、数控衰减器和各个处理电路连接，所述第一接口还用于与外部处理器连接；所述频率源芯片通过所述第一接口接收所述外部处理器发送的调频指令、第一衰减指令、移相指令、第二衰减指令和通道开关指令；
所述信号产生单元执行所述调频指令对所述第一功率信号的频率进行调整，所述数控衰减器根据所述第一衰减指令对所述第一功率信号执行所述第一衰减处理，每个所述处理电路的数字移相器根据所述移相指令对所述功分器传输来的功率信号进行移相处理，每个所述处理电路的电调衰减器根据所述第二衰减指令对所述功分器传输来的功率信号进行第二衰减处理，每个所述处理电路的通道开关执行所述通道开关指令控制每个所述处理电路的通断。
基于第一方面，在一些实施例中，所述频率源芯片还设置有晶振接口，所述晶振接口与所述信号产生单元连接，所述晶振接口还用于与外部晶振连接。
基于第一方面，在一些实施例中，所述频率源芯片还设置有电源接口，所述电源接口能够与外部电源连接，为所述信号产生单元、所述数控衰减器、所述功分器、所述数字移相器、所述电调衰减器和所述通道开关供电。
基于第一方面，在一些实施例中，每个所述处理电路对应一个移相处理和一个第二衰减处理，各个所述移相处理之间相同或不同，各个所述第二衰减处理之间相同或不同。
示例性的，在微波发生装置的每个工作周期中，每个处理电路对应一个数字移相器和一个电调衰减器，各个数字移相器对信号的移相处理可以相同也可以不同，各个电调衰减器对信号的第二衰减处理可以相同也可以不同。例如，在一个工作周期中，各个数字移相器对信号的移相角度不同，各个电调衰减器对信号的衰减程度不同。
基于第一方面，在一些实施例中，所述频率源芯片还包括第一放大单元，所述第一放大单元设置在所述数控衰减器和所述功分器之间，所述数控衰减器通过所述第一放大单元与所述功分器连接。
其中，第一放大单元可以包括一个或多个功率放大器。对信号进行第一衰减处理后，信号的功率通常较低，此时需要对信号进行一定倍数的放大，以满足频率源芯片输出信号的功率。
本申请实施例的第二方面提供了一种相控体制的微波发生装置，包括如第一方面任一项所述的频率源芯片。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的频率源芯片的电路结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
以下以两个处理电路为例，对本申请实施例提供的频率源芯片进行说明。
图1示出了本申请实施例提供的频率源芯片的一种结构示意图。参见图1，频率源芯片110可以包括：信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113、功分器1114、第一数字移相器1115、第一电调衰减器1116、第二数字移相器1117和第二电调衰减器1118。
信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113和功分器1114依次连接。第一数字移相器1115和第一电调衰减器1116连接，构成第一处理电路。功分器1114的输出端与第一数字移相器1115的输入端连接。第二数字移相器1117和第二电调衰减器1118连接，构成第二处理电路。功分器1114的输出端还与第二数字移相器1117的输入端连接。
其中，本实施例中的频率源芯片具有第一频率源通道和第二频率源通道，通过第一频率源通道和第二频率源通道能够输出两路信号。
具体的，信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113、功分器1114、第一数字移相器1115和第一电调衰减器1116构成第一频率源通道(图1中所示的通道1)。
信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113、功分器1114、第二数字移相器1117和第二电调衰减器1118构成第二频率源通道(图1中所示的通道2)。
功分器1114的第一输出端与第一数字移相器1115的输入端连接，第一数字移相器1115的输出端与第一电调衰减器1116的输入端连接。第一电调衰减器1116的输出端与频率源芯片110的第一输出端连接。
功分器1114的第二输出端与第二数字移相器1117的输入端连接，第二数字移相器1117的输出端与第二电调衰减器1118的输入端连接。第二电调衰减器1118的输出端与频率源芯片110的第二输出端连接。
参见图1，频率源芯片110还可以设置有SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口和电调衰减(VT)接口。第一SPI接口与信号产生单元1111连接，VT接口与第一电调衰减器1116和第二电调衰减器1118连接。
本实施例中，上述SPI接口和VT接口均用于与外部微处理器连接。其中，外部微处理器可以通过第一SPI接口向信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一数字移相器1115和第二数字移相器1117发送控制指令，控制频率源芯片110输出信号的频率、相位和功率。外部微处理器可以通过VT接口向第一电调衰减器1116和第二电调衰减器1118发送控制指令，控制第一电调衰减器1116和/或第二电调衰减器1118。
具体的，频率源芯片110通过SPI接口和VT接口接收外部处理器发送的调频指令、第一衰减指令、移相指令和第二衰减指令。信号产生单元1111执行调频指令对第一功率信号的频率进行调整。数控衰减器1112根据第一衰减指令对第一功率信号执行第一衰减处理。第一数字移相器1115和第二数字移相器1117分别根据移相指令对接收到的信号进行移相处理。第一电调衰减器1116和第二电调衰减器1118根据第二衰减指令对接收到的信号进行第二衰减处理。。
外部微处理器发送给信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一数字移相器1115和第二数字移相器1117的控制指令可以以MISO(主收从发)信号、MOSI(主发从收)信号、SCLK(内部系统时钟)信号和SSN(使能)信号的形式传输给SPI接口。
另外，频率源芯片110还可以包括晶振接口和电源接口。频率源芯片110可以通过晶振接口与外置的晶振连接，该外置的晶振可以为16MHz的工业用贴片晶振。频率源芯片110可以通过电源接口与外部电源连接，频率源芯片110可以内置有LDO(low dropoutregulator，低压差线性稳压器)。LDO能够将外部电源转换为3.3V或5V，为频率源芯片110中的各个部分供电。
其中，信号产生单元1111的输入端通过晶振接口与外置的晶振连接，信号产生单元1111的输出端与数控衰减器1112的输入端连接。数控衰减器1112的输出端通过第二功率放大器1113与功分器1114的输入端连接。
示例性的，上述数控衰减器1112的参数如下：衰减范围为0～30dB，步进1dB，衰减精度为±0.5dB。上述第一电调衰减器1116和第二电调衰减器1118的参数如下：衰减范围为0～30dB，连续可调，工作电压为0～3.3V。上述第一数字移相器1115和第二数字移相器1117的参数如下：0～360°，步进1.4°，移相精度≤2°。
本申请实施例中，频率源芯片110的工作频率可以为915MHz±15MHz，也可以为2450MHz±50MHz，也可以为433MHz，也可以为其他频率，对此不予限定。应用本申请实施例中的频率源芯片110的微波炉的整机功率可以为10W～1KW。
一些实施例中，频率源芯片110还可以包括第一通道开关、第二功率放大器、第二通道开关和第三功率放大器。第一数字移相器1115、第一电调衰减器1116、第一通道开关和第二功率放大器依次连接，构成第一处理电路。第二数字移相器1117、第二电调衰减器1118、第二通道开关和第三功率放大器依次连接，构成第二处理电路。
信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113、功分器1114、第一数字移相器1115、第一电调衰减器1116、第一通道开关和第二功率放大器构成第一频率源通道。其中，第一电调衰减器1116的输出端通过第一通道开关与第二功率放大器的输入端连接，第二功率放大器的输出端与频率源芯片10的第一输出端连接。
信号产生单元1111、数控衰减器1112、第一功率放大器1113、功分器1114、第二数字移相器1117、第二电调衰减器1118、第二通道开关和第三功率放大器构成第二频率源通道。其中，第二电调衰减器1118的输出端通过第二通道开关与第三功率放大器的输入端连接，第三功率放大器的输出端与功率源芯片110的第二输出端连接。
本实施例中，第一功率放大器1113为频率源芯片110的第一放大单元，第二功率放大器和第三功率放大器分别为频率源芯片110的两个处理电路的第二放大单元。
可选的，频率源芯片110还可以设置有通道开关(LVTTL)接口，LVTTL接口与第一通道开关和第二通道开关连接。LVTTL接口用于与外部微处理器连接。外部微处理器可以通过LVTTL接口向第一通道开关和第二通道开关发送控制指令，控制第一通道开关和/或第二通道开关的开启和闭合。
频率源芯片110通过LVTTL接口接收外部处理器发送的通道开关指令，第一通道开关和第二通道开关分别执行通道开关指令控制各自频率源通道的通断。
上述第一通道开关和第二通道开关的参数如下：关断度60dB，响应时间150ms以内。
需要说明的是，图1中所示的电路结构仅为频率源芯片110的一种示例，本申请实施例并不限于此。
在一些实施例中，频率源芯片110可以具有三个及以上的处理电路。
在一些实施例中，第一数字移相器1115、第一电调衰减器1116和第一通道1117的位置关系可以变动。例如，功分器1114依次与第一电调衰减器1116和第一数字移相器1115和第一通道开关连接。又例如，功分器1114依次与第一通道开关、第一数字移相器1115和第一电调衰减器1116连接。第二功率放大器位于第一电调衰减器1116之后，能够对衰减后的信号进行放大即可。
本申请实施例还提供一种相控体制的微波发生装置，包括上述任一种频率源芯片，具有上述频率源芯片所具有的有益效果。其中，相控体制为微波发生装置具有移相功能，能够对微波信号进行相位控制。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
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