CN101373958B - 自动增益控制电路及应用其的接收机 - Google Patents

Abstract

一种具有级连可变增益控制器的自动增益控制电路，其第一级可变增益控制器之运算放大器的输入端和输出端之间连接有构成闭环系统的电阻元件和电容元件，将上述电阻元件和电容元件用开关元件连接，在开关元件闭合时，形成一并联结构。通过电容元件的并联接入，在几乎不增加器件成本和自动增益控制电路动态功耗的情况下，使所述自动增益控制电路的闭环带宽在增益改变时保持较恒定的值。

Description

自动增益控制电路及应用其的接收机

技术领域

本发明是有关于自动增益控制电路和应用其的接收机，更详细地说，本发明涉及自动增益控制电路中的可变增益控制器。

背景技术

GPS(Global Positioning System)接收机处理由卫星发射来的L波段信号，以确定用户的位置、速度和时间。详细地说，GPS接收机捕获待测卫星信号，跟踪这些卫星的运行，并对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以测定GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译GPS卫星所发送的导航电文，实时计算出用户的位置、速度和时间。

图1是GPS接收机的基本构成方框图，如图所示，GPS接收机包括天线单元60和接收单元62。天线单元通过天线601接收GPS信号，将电磁波转换为电信号，再通过前置放大器602将极微弱的GPS电流信号放大，放大后的电信号通过频率变换器603，并在频率变换器603和本机振荡器621的混频作用下，频率由高频降到中频。这个中频信号被输入到信号通道622，并在处理器623和存储器624的协同工作下，完成数据解调、测量和指示等功能。实际处理中，GPS信号的模/数转换(A/D)和自动增益控制(下称AGC：Automatic Gain Control)功能都在中频上完成，亦即在接收单元完成。

AGC电路主要包括可变增益放大器(下称VGA：Variable Gain Amplifier)和信号强度检测电路。检测电路的输出信号通常负反馈至VGA，以控制VGA增益的变化，由此构成自动增益控制。在GPS接收机中，AGC电路(此处未图示)一般设置在接收单元62中，用来调节GPS信号的强度，使其达到预先设定值。

图2是GPS接收机中采用单级VGA的AGC电路示意图。比较于输入信号AGC_in，输出信号AGC_out的变化幅度取决于VGA电路70的增益Av。AGC_out经过后续如A/D转换等处理后，进入检测电路74，产生控制信号det_out以控制VGA电路70增益的变化，使AGC_out的强度符合预先设定值。应用中，假如AGC_out的强度大于预先设定值，则AGC电路需降低增益。但是，AGC电路增益的降低将使VGA电路70的运算放大器701带宽增加，功耗变大。

为避免上述问题，目前普遍采用级连VGA的AGC结构，使整个AGC带宽的变化分摊到多个VGA上，以降低每一个VGA运放的功耗。

图3为GPS接收机中具有两级VGA的AGC电路示意图。如图，若需要输出信号AGC_out的增益降低20dB，则分别调节第一级VGA电路80和第二级VGA电路82的增益，使他们在共同作用下降低20dB增益即可，如此以减低每一级VGA电路带宽的增加值，有效避免每一级VGA运算放大器的功耗过大。

以IP3表征图3所示AGC电路的线性，可按照下式获得AGC电路线性度与第一级VGA的增益的关系：

$\frac{1}{{\mathrm{IP}}_3^2}=\frac{1}{{\mathrm{IP}}_{31\mathrm{th}}^2}+\frac{G_{1\mathrm{th}}}{{\mathrm{IP}}_{32\sec }^2}---\left(1\right)$

式(1)中G_1th表示第一级VGA的增益，当第一级VGA的增益变小的时候，IP₃变大，也就是AGC的线性度变好，带宽变大。由此看来，级连VGA的AGC电路虽然降低了单级VGA的功耗，但AGC电路的带宽还是在增益改变时难以保持较为确定的值，而且实际应用中，其闭环频率响应曲线在角频率(Comer Frequency)附件会出现交叠的状况。图4为图3所示AGC电路的VGA闭环频率响应曲线，如图示，随着增益的逐次降低，各增益值对应的带宽增大，致使AGC电路的带宽无法保持较为确定的值，比如，当增益由24.34dB降低到22.33dB，带宽明显由小于10M变化成大于10M。此外，响应曲线之间出现交叉状况，导致当信号集中在角频率附近的频段时，AGC电路产生错误操作。

是以，如何使级联VGA的闭环带宽维持在一确定值，且避免各响应曲线出现交叠，实为一亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有级连VGA的AGC电路，可使AGC电路在闭环工作时保持一确定的带宽值，有效避免当信号集中在角频率附近时误操作的发生。

本发明所述的AGC电路包括多个级连VGA，其第一级VGA的运算放大器输入和输出端之间连接了电阻元件和电容元件，所述电容元件通过开关元件和电阻元件连接，并在所述开关元件闭合时与电阻元件构成并联结构。所述开关元件是连接在电容元件接入所述运算放大器输出端的那一侧，由此，在开关元件打开的时候，电容元件完全脱离所述运算放大器的输出端，使其对第一级VGA的影响降到最小。

应用本发明所述AGC电路的接收机，包括天线和接收单元，接收单元的AGC电路第一级VGA对接收机输入信号的强度进行一个粗范围的调节，后续各级VGA在第一级VGA调节的基础上，对接收机输入信号的强度进行微调。

附图说明

图1是GPS接收机的基本构成方框图；

图2是已有技术采用单级VGA的AGC电路示意图；

图3是已有技术采用级连VGA的AGC电路示意图；

图4是图3所示AGC电路的闭环频率响应曲线；

图5是本发明所述AGC电路示意图；

图6是本发明所述接收机的结构示意图；

图7是本发明所示接收机的AGC电路的闭环频率响应曲线。

具体实施方式

本实施例所述AGC电路系应用在GPS接收机中，但其应用领域并不以此为限，所述AGC电路也可应用在如收音机、手机等终端设备的射频信号接收机中。

图5为本发明所述AGC电路的结构示意图。如图示，所述AGC电路5包括第一级VGA50、第二级VGA51、和信号强度检测电路53，其中，检测电路53设置在DSP处理器7中。第一级VGA50包括运算放大器501、电容元件C1、可调电阻R_f、开关元件S1以及电阻R0。电阻R0设置在运算放大器501的输入端，可调电阻R_f的一端A10连接在电阻R0和运算放大器501的输入端之间，另一端A20连接运算放大器的输出端，电容元件C1一侧与可调电阻R_f的A10端连接，另一侧通过开关S1与可调电阻R_f的另一端A20连接，当开关S1闭合时，电容元件C1与可调电阻R_f构成并联结构。第二级VGA51与第一级VGA50串行连接，且其增益可调。信号检测电路53分别与第一级VGA50和第二级VGA51构成负反馈连接。

输入信号AGC_in通过第一级VGA50和第二级VGA51后，成为输出信号AGC_out，比较于AGC_in，AGC_out的强度变化倍数为AGC电路5的增益。AGC_out输入到A/D转换器，进行采样和量化，之后进入DSP处理器完成基带(Baseband)部分的相关处理，同时，信号检测电路53自DSP处理器7中携取检测信号det_out，分别反馈到第一级VGA50和第二级VGA51，对各级VGA的增益进行控制。

在本实施例中，det_out共有5个bit的输出，其中1个bit用来控制第一级VGA50，下称其输出的控制信号为控制信号det_in1，其余4个bit控制第二级VGA50，下称其输出的控制信号为控制信号det_in2。

依据控制信号det_in1的值，第一级VGA50的增益在0dB和20dB两者间变化，当det_in1为0时，增益为0dB，当det_in为1时，增益为20dB。第二级VGA51的增益可进行微调，当控制信号det_in2为0000时，增益为0dB，当控制信号为0001时，增益为1.93dB，当控制信号为0010时，增益为3.2dB，表1给出了控制信号det_in2与第二级VGA51增益的对应关系。表2给出了整个AGC电路5的增益与控制信号det_in1和det_in2的关系。

表1—控制信号与第二级VGA的对应关系

表二控制信号与AGC电路的增益对应关系

若检测电路53的检测结果是要增大AGC电路5的增益，开关S1处于打开状态，当检测电路53的检测结果是要降低AGC电路5的增益，且需要第一级VGA50的增益降低时(本实施例中，系指增益由20dB变为0dB时)，开关S1闭合，此时，电容元件C1接入第一级VGA50，并和可变电阻R_f1构成并连结构，C1的接入使得第一级VGA的负载变大，遏制了增益降低时带宽的增加，使带宽基本保持不变，AGC的动态功耗基本不变。

特别说明的是，实际应用中det_out的位数bit可依据需求设定，不以本实施例所述5bit为限，而且第一级VGA50的控制位和第二级VGA51的控制位也可根据需要设置，不以本实施例所述的1bit和4bit为限。比如，可设置整个控制位为6bit，第一级VGA的控制位为2bit，第二级VGA为4bit等，相应地，AGC的增益与控制信号的对应关系也就不以表1和不表2为限。而且，AGC的VAG设置也不以二级为限，使用者可根据需要设置为三级或三级以上的连接。

图6为应用本发明所述AGC电路的接收机结构示意图。如图示，所述接收机包括天线1，低噪音放大器2(下称LNA：Low Noise Amplifier)，混频器3，中频滤波器4，AGC电路5，A/D转换器6，DSP处理器7，本地振荡器9，以及存储器和电源(均未图示)。GSP信号通过天线1转换为电流信号，低噪音放大器2对上述微弱的电流信号进行放大。放大后的信号输入到混频器3，经混频器3与本地振荡器9的共同作用，所述信号由高频转变为中频，下称中频信号if_sig。中频信号if_sig通过中频滤波器4去除不必要的信号后，输入到AGC电路5。在AGC电路5中，if_sig首先通过第一级VGA50，其增益依据控制信号det_in1的控制为0或20dB，输出后的信号以下称为if_sig1。if_sig1输入到第二级VGA51，其增益依据控制信号det_in2调节，具体值可参见表1。最后，通过AGC电路5调节的信号if_sig，输出为预先设定的中频信号if_out。信号if_out通过A/D转换器后进入处理器7，处理器7为数字处理器(DSP：Digital SignalProcessor)，在本实施例中，其至少包括信号检测电路、多个数字接收通道和导航处理器，用以对输入其中、已经过放大、滤波和A/D处理的信号BaseBand_in做处理，完成接收机基带控制与处理、导航处理和用户接口等功能，同时也提供AGC电路的检测信号。

当信号检测电路53检测到信号if_out的强度与预先设定的值相比，比较大，需要AGC电路5的增益由大变小时，即可通过分别控制第一级VGA50和第二级VGA51来达成。

图7是本实施例所述AGC电路VGA的闭环频率相应曲线，参照图7和表2，举例说明如下：检测信号由10000变为01111时，det_in1由1变为0，控制第一级VGA50增益由20dB降低为0dB，并同时令开关S1闭合，接入电容元件C1，与可调电阻Rf形成并联结构，以抑制带宽增加，实际应用中，选择适当的电容元件，即可使AGC电路的闭环带宽在增益改变的同时基本保持不变。如图7所示，电容元件C1的并联接入，使得AGC电路在增益由24.34dB降低为19.52dB的情况下带宽依然维持在10M左右，且各响应曲线之间无交叉、交叠现象出现。所以，应用本发明所述的AGC电路，当信号集中在中频响应曲线的角频率处时，增益的调整不会出现失误。

本发明所述的AGC电路，通过在第一级VGA中接入电容元件，使其在开关闭合的状况下与可变电阻元件构成闭合电路，抑制AGC电路在增益降低时带宽的增加，以保持较为恒定的带宽，进而避免响应曲线之间的交叉，防止了AGC电路在角频率处的误操作，确保应用此AGC电路的接收机的品质。由此可见，本发明在几乎不增加成本的情况下，有效解决了现有技术存在的问题。

Claims (5)

1.一种自动增益控制电路，包括多个级连的可变增益控制器和分别连接到各可变增益控制器的检测电路，其特征在于，第一级可变增益控制器的运算放大器在其输入端和输出端之间接置电阻元件和电容元件，所述电容元件通过开关与所述电阻元件连接，且在开关闭合时，电容元件与电阻元件并连。

2.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于，所述开关系设置在所述电容元件与所述运算放大器输出端之间。

3.一种接收机，其特征在于，自动增益控制电路包括多个级连的可变增益控制器，且第一级可变增益控制器的运算放大器在其输入端和输出端之间接置电阻元件和电容元件，所述电容元件通过开关与所述电阻元件连接，且在开关闭合时，电容元件与电阻元件并连。

4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述开关系设置在所述电容元件与所述运算放大器输出端之间。

5.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述接收机系应用在全球定位系统。

Images