CN101295965B - 数字式自动增益控制电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字式自增益控制电路装置，包括可变增益放大器、功率检测器、参考电压产生电路、比较器和数字控制电路，其特征在于，所述数字控制电路产生一个周期性使能信号，该使能信号被输入功率检测器、参考电压产生电路、比较器，从而控制功率检测器、参考电压产生电路、比较器的周期性开启和关停。采用本发明的自增益控制电路装置可显著降低耗电量，而且其多种参数是可调的，从而可以满足在不同条件下的自增益控制速度，并且可以针对具体的电路进行线性度和噪声系数的优化。

Description

数字式自动增益控制电路装置

技术领域

本发明涉及微波射频领域，尤其涉及一种自动增益控制电路。

背景技术

在现代的多用户移动终端通讯中，干扰、多径传播和移动接收可能带来接收信号强度的大幅度变化。为了在各种有用信号强度和存在干扰的情况下都能保证输出信噪比满足最低的解调要求，有必要在系统中引入自动增益控制电路。在输入信号幅度变化较大的情况下，可变增益信号通路在自动增益控制电路的控制下，能保证输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化。按输出控制信号的不同区分，自增益控制电路装置可以分为模拟类型和数字类型。模拟类型的自增益控制电路装置一般输出一个模拟的电压或者电流调节可变增益放大器，而环路的实现方式一般也是模拟的。数字类型的自增益控制电路装置输出为一位或者多位数字信号，而这些数字信号负责控制可变增益放大器的增益。在数字类型的自增益控制电路装置存在一个或多个数字控制模块，这些数字控制模块和模拟模块一起构成一个反馈环路。本发明适用于数字式自增益控制电路装置。

如图1所示，在传统的数字类型的自增益控制电路装置中，高耗电模块都是一些模拟电路模块，例如，功率检测器、比较器和参考电压产生电路。根据自增益控制电路装置在信号链路所处位置的不同，有时候功率检测器需要检测有用信号的大小，而有时候需要检测所有接收信号的大小，这包括，有用信号、相邻频道、次相邻频道和各种干扰阻隔信号的总功率。这就对功率检测器的功率动态检测范围和频率检测范围提出了较高的要求。而较大的功率动态检测范围和较宽的频率检测范围就不可避免的带来了较高的功耗。另外比较器和参考电压产生电路也需要满足一定的比较精度要求和速度要求，所以也会带来一定的耗电量。而降低耗电量，从而延长手持设备的待机时间和工作时间是对射频、模拟收发器电路的通常要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种低耗电量，同时又能满足功率检测要求，频率范围要求的数字式自增益控制电路装置。本发明的技术方案如下：

一种数字式自增益控制电路装置，包括依次连接成环路的可变增益放大器、第一功率检测器、第一和第二比较器，和数字控制电路，还包括分别与所述第一和第二比较器相连接的第一和第二参考电压产生电路，其中，所述数字控制电路包括数字接口模块和数字控制模块，所述功率检测器的输出和所述第一参考电压产生电路的输出经由所述第一比较器进行比较，所述功率检测器的输出和所述第二参考电压产生电路的输出经由所述第二比较器进行比较，将比较结果输出至所述数字控制模块，更新所述可变增益放大器的增益控制字，从而完成一次自增益控制周期，其特征在于，所述数字控制模块产生一个周期性使能信号，所述使能信号被输入所述第一功率检测器、所述第一和第二参考电压产生电路、所述第一和第二比较器，从而控制所述第一功率检测器、所述第一和第二参考电压产生电路、所述第一和第二比较器的周期性开启和关停。

其中，所述使能信号具有占空比D％和周期长度AGC_TC；所述占空比D％在0-100％范围内可调，以及所述AGC_TC是可调的。

其中，所述周期性使能信号为逻辑高时，完成：a)由第一功率检测器检测其输入信号功率，并稳定到一定的容错范围内，b)所述参考电压产生电路产生参考电压，c)所述第一比较器对所述第一功率检测器的输出与所述第一参考电压产生电路产生的电压进行比较；所述第二比较器对所述第一功率检测器的输出与第二参考电压产生电路产生的电压进行比较，d)将比较结果输出至所述数字控制模块部分；其中，所述周期性使能信号为逻辑低时，所述第一功率检测器、所述参考电压产生电路和所述比较器都不耗电；其中，所述数字控制模块产生一个工作使能信号；所述数字控制模块的工作使能信号为逻辑低时，该控制模块不工作，输出保持上一次更新的值；而当工作使能信号变为逻辑高时，所述控制模块读入所述比较器的输出，根据内置的规则进行判断，然后更新可调增益模块的增益控制字，完成一次自增益控制周期。

其中，所述参考电压的值是可调节的。

本发明还进一步提供一种优化系统的线性度和噪声系数的数字式自增益控制电路装置。本发明的技术方案如下：

一种数字式自增益控制电路装置，包括开关低噪声放大器、可变增益放大器，混频器，信道滤波器、第一、二功率检测器、第一、二、三、四参考电压产生电路、第一、二、三、四比较器以及数字控制电路；其中，所述数字控制电路包括数字接口模块和数字控制模块；第一功率检测器、第一和第二比较器、数字控制模块、可变增益放大器、混频器和信道滤波器依次连接成第一回路；第二功率检测器、第三和第四比较器、数字控制模块、开关低噪声放大器、可变增益放大器依次连接成第二回路；所述第一和第二参考电压产生电路分别与所述第一和第二比较器相连接，所述第三和第四参考电压产生电路分别与所述第三和第四比较器相连接，其特征在于，所述数字控制模块产生一个周期性使能信号，所述使能信号被输入所述第一和第二功率检测器、所述第一、二、三、四参考电压产生电路、所述第一、二、三、四比较器，从而控制所述第一和第二功率检测器、所述第一、二、三、四参考电压产生电路、所述第一、二、三、四比较器的周期性开启和关停。

其中，所述第二回路还包括混频器，所述混频器连接在所述可变增益放大器和所述第二功率检测器之间。

其中，所述使能信号具有占空比D％和周期长度AGC_TC；所述占空比D％在0-100％范围内可调，以及所述AGC_TC是可调的。

其中，所述周期性使能信号为逻辑高时，完成：a)第一，二功率检测器检测其输入信号功率，并稳定到一定的容错范围内，b)所述参考电压产生电路产生参考电压，c)所述比较器对所述功率检测器输出和参考电压进行比较，所述第一比较器对所述第一功率检测器输出与所述第一参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第二比较器对所述第一功率检测器输出与所述第二参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第三比较器对所述第二功率检测器输出与所述第三参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第四比较器对所述第二功率检测器输出与所述第四参考电压产生电路产生的电压进行比较，d)将比较结果输出至所述数字控制模块部分；其中，所述周期性使能信号为逻辑低时，所述功率检测器、所述参考电压产生电路和所述比较器都不耗电；其中，所述数字控制模块产生一个工作使能信号；所述数字控制模块的工作使能信号为逻辑低时，该控制模块不工作，输出保持上一次更新的值；而当工作使能信号变为逻辑高时，控制模块读入比较器的输出，根据内置的规则进行判断，然后更新开关低噪声放大器和可调增益模块的增益控制字，一次自增益控制周期完成。

其中，所述参考电压的值是可调节的。

采用本发明的自增益控制电路装置可降低耗电量，而且其多种参数是可调的，从而可以满足在不同条件下的自增益控制速度；并且可以针对具体的电路进行线性度和噪声系数的优化。

附图说明

图1为传统的数字式自增益控制电路装置原理框图。

图2为本发明的一个实施例的单回路数字式自增益控制电路装置原理框图。

图3为根据本发明的另一个实施例的双回路数字式自增益控制电路装置原理框图。

图4为根据本发明的自增益控制电路装置的时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明。

无论是模拟的还是数字的反馈自增益控制电路装置，都有一定的环路时间参数。此参数主要是由功率检测器的稳定延迟时间所决定的。也就是无论接收信号的功率变化快慢，可变增益放大器的调整有一个最短的周期，这个就是自增益控制电路装置的环路时间参数。但是根据应用的不同，信号的调制方式不相同，不同的调制方式对一定时间内信号功率变化的程度也有不同的要求。适应性比较强的调制方式可以容许比较慢的自增益控制调整时间，而适应性比较弱的调制方式就必须要求比较快的自增益控制调整时间。另外接收设备的移动速度不同，例如步行和车载设备接收信号功率的变化速度就不相同，这样也就会产生不同的自增益控制调整时间。本发明把传统结构中反馈自增益控制电路装置的固有环路时间参数和自增益控制调整时间的一一对应关系分解开来，提出了一种时分的数字自增益控制电路装置。

本发明适用于单回路、双回路或多回路数字式自增益控制电路装置(digitalautomatic gain control circuit)结构。

图2是本发明在单回路中的典型应用。其信号通路是由一个可变增益放大器构成。自增益控制电路装置检测其输出信号的功率，并将其与参考电压(REF1/REF2)进行比较。设REF1对应的输出功率为Pref1，而REF2所对应的输出功率为Pref2，而Pref1大于Pref2。第一比较器和第二比较器的输出设为CMP1和CMP2。其判断规则如下，如果CMP1和CMP2都是逻辑高，那么就表明可变增益放大器的增益太大了，需要将其调低。如果CMP1和CMP2都是逻辑低，那么就表明可变增益放大器的增益太小了，需要将其调高。而增益保持不变的情况是CMP1＝0以及CMP2＝1。这样此单回路自增益控制电路装置就可以在一定范围内将可变增益放大器的输出保持在Pref2和Pref1之间的一个功率水平。从而有利于后续模块对信号的处理。

图3是本发明在双回路的典型应用。其信号通路是由一个开关低噪声放大器，可变增益放大器，混频器和信道滤波器构成。第一个回路由第一功率检测器，第一和第二比较器，数字控制电路，以及可变增益放大器，混频器和信道滤波器构成。第二个回路由第二功率检测器，第三和第四比较器，数字控制电路以及开关低噪声放大器，可变增益放大器和混频器构成。该数字控制电路包括数字接口模块和数字控制模块。第一个回路负责检测有用信号，也就是信道滤波器输出信号的大小，负责把有用信号的输出调整到一个合适的大小。它调整的是可变增益放大器的增益，调整策略和单回路应用相同。而第二个回路负责检测全部接受信号的功率。第二功率检测器检测的可以是可变增益放大器的输出，也可以是经由混频器降频后的输出。它的输出和参考电压HTL和LTH做比较，得到CMP3和CMP4。数字控制模块利用CMP3和CMP4的值，以及参考当前可变增益放大器的增益值，做出如何变化开关低噪声放大器的判断。例如在第二功率检测器的检测值为大信号的情况下将开关低噪声放大器的增益由高增益转换为低增益，而在第二功率检测器的检测值为小信号，并且可变增益放大器的当前增益值已经达到上限的情况下，将开关低噪声放大器的增益由低增益转换为高增益。第二个回路的目的是为了在不同的有用信号输入和干扰信号输入的情况下，优化系统的线性度和噪声系数。由于双回路自增益控制电路的检测对象既包括有用信号，也包括干扰信号，所以它就可以调节增益使其能适应有用信号输入功率比较小的灵敏度测试，也可以适应干扰信号输入功率比较大的抗干扰能力测试。

如图2和图3所示，由数字控制模块产生一个占空比为(D％)的周期长度为(AGC_TC)的周期性使能信号，用来控制高功耗模拟模块，例如，功率检测器、比较器和参考电压产生电路的开启和关停。占空比(D％)决定自增益控制电路装置的平均耗电量。假设自增益控制电路装置的连续耗电量为PT，那么采用时分控制之后，自增益控制电路装置的时域平均耗电量就是PT*D％。如D％取10％，那么我们就可以把自增益控制电路装置的时域平均耗电量降到其连续耗电量的10％。AGC_TC决定自增益控制电路装置的反应速度，也就是可调增益模块的增益调整速度。它的最小值由自增益控制反馈电路的环路时间参数决定，最大值由系统应用要求决定。

图4所示为本发明的数字式自增益控制电路装置的时序图。横轴为时间。上半图为周期性使能信号，在它为逻辑高的时候，模拟电路开启，在开启的时间内，完成以下几步：a)检测输出信号功率，并稳定到一定的容错范围内，b)产生比较器参考电压，c)把功率检测器输出和参考电压经由比较器比较，d)将比较结果输出至数字部分。在关停的时间内，受控模块都不耗电。下半图为控制模块的工作使能信号，在它为逻辑低的时候，控制模块不工作，输出保持上一次更新的值。在模拟电路准备就绪后，此信号变为逻辑高，这时控制模块读入比较器的输出，根据内置的规则进行判断，然后更新可调增益模块的增益控制字。一次自增益控制周期完成。

在本发明中，多种控制参数都可以数字调节，例如自增益控制周期的周期长度、占空比、参考电压值、可调增益模块的增益控制字的调制步长和调整方向。这些参数均可通过数字控制电路的数字接口模块经由用户端软件调节。例如通过图2和图3中的数字接口模块的三线接口(时钟，使能，和AGC参数串行数据)设置上述可变参数。而通过复位设置上述可变参数的缺省值。这样就为本发明应用于多种应用，适应于不同的线性度要求，噪声系数要求增加了灵活性。

Claims (10)

1.一种数字式自增益控制电路装置，包括依次连接成环路的可变增益放大器、第一功率检测器、第一和第二比较器，和数字控制电路，还包括分别与所述第一和第二比较器相连接的第一和第二参考电压产生电路，其中，所述数字控制电路包括数字接口模块和数字控制模块，所述功率检测器的输出和所述第一参考电压产生电路的输出经由所述第一比较器进行比较，所述功率检测器的输出和所述第二参考电压产生电路的输出经由所述第二比较器进行比较，将比较结果输出至所述数字控制模块，更新所述可变增益放大器的增益控制字，从而完成一次自增益控制周期，其特征在于，所述数字控制模块产生一个周期性使能信号，所述使能信号被输入所述第一功率检测器、所述第一和第二参考电压产生电路、所述第一和第二比较器，从而控制所述第一功率检测器、所述第一和第二参考电压产生电路、所述第一和第二比较器的周期性开启和关停。

2.根据权利要求1所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述使能信号具有占空比D％和周期长度AGC_TC；所述占空比D％在0-100％范围内可调，以及所述AGC_TC是可调的。

3.根据权利要求1或2所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述周期性使能信号为逻辑高时，完成：a)由第一功率检测器检测其输入信号功率，并稳定到一定的容错范围内，b)所述参考电压产生电路产生参考电压，c)所述第一比较器对所述第一功率检测器的输出与所述第一参考电压产生电路产生的电压进行比较；所述第二比较器对所述第一功率检测器的输出与第二参考电压产生电路产生的电压进行比较，d)将比较结果输出至所述数字控制模块部分；其中，所述周期性使能信号为逻辑低时，所述第一功率检测器、所述参考电压产生电路和所述比较器都不耗电；其中，所述数字控制模块产生一个工作使能信号；所述数字控制模块的工作使能信号为逻辑低时，该控制模块不工作，输出保持上一次更新的值；而当工作使能信号变为逻辑高时，所述控制模块读入所述比较器的输出，根据内置的规则进行判断，然后更新可调增益模块的增益控制字，完成一次自增益控制周期。

4.根据权利要求3所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述参考电压的值是可调节的。

5.一种数字式自增益控制电路装置，包括开关低噪声放大器、可变增益放大器，混频器，信道滤波器、第一、二功率检测器、第一、二、三、四参考电压产生电路、第一、二、三、四比较器以及数字控制电路；其中，所述数字控制电路包括数字接口模块和数字控制模块；第一功率检测器、第一和第二比较器、数字控制模块、可变增益放大器、混频器和信道滤波器依次连接成第一回路；第二功率检测器、第三和第四比较器、数字控制模块、开关低噪声放大器、可变增益放大器依次连接成第二回路；所述第一和第二参考电压产生电路分别与所述第一和第二比较器相连接，所述第三和第四参考电压产生电路分别与所述第三和第四比较器相连接，其特征在于，所述数字控制模块产生一个周期性使能信号，所述使能信号被输入所述第一和第二功率检测器、所述第一、二、三、四参考电压产生电路、所述第一、二、三、四比较器，从而控制所述第一和第二功率检测器、所述第一、二、三、四参考电压产生电路、所述第一、二、三、四比较器的周期性开启和关停。

6.根据权利要求5所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述第二回路还包括混频器，所述混频器连接在所述可变增益放大器和所述第二功率检测器之间。

7.根据权利要求5所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述使能信号具有占至比D％和周期长度AGC_TC；所述占空比D％在0-100％范围内可调，以及所述AGC_TC是可调的。

8.根据权利要求6所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述使能信号具有占至比D％和周期长度AGC_TC；所述占空比D％在0-100％范围内可调，以及所述AGC_TC是可调的。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述周期性使能信号为逻辑高时，完成：a)第一，二功率检测器检测其输入信号功率，并稳定到一定的容错范围内，b)所述参考电压产生电路产生参考电压，c)所述比较器对所述功率检测器输出和参考电压进行比较，所述第一比较器对所述第一功率检测器输出与所述第一参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第二比较器对所述第一功率检测器输出与所述第二参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第三比较器对所述第二功率检测器输出与所述第三参考电压产生电路产生的电压进行比较，所述第四比较器对所述第二功率检测器输出与所述第四参考电压产生电路产生的电压进行比较，d)将比较结果输出至所述数字控制模块部分；其中，所述周期性使能信号为逻辑低时，所述功率检测器、所述参考电压产生电路和所述比较器都不耗电；其中，所述数字控制模块产生一个工作使能信号；所述数字控制模块的工作使能信号为逻辑低时，该控制模块不工作，输出保持上一次更新的值；而当工作使能信号变为逻辑高时，控制模块读入比较器的输出，根据内置的规则进行判断，然后更新开关低噪声放大器和可调增益模块的增益控制字，一次自增益控制周期完成。

10.根据权利要求9所述的自增益控制电路装置，其特征在于，所述参考电压的值是可调节的。

Images