CN101534102A

CN101534102A - 一种自动增益控制方法和装置

Info

Publication number: CN101534102A
Application number: CN200910082333A
Authority: CN
Inventors: 裴京; 杨波; 倪屹; 徐海峥; 潘龙法; 陆达
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2009-09-16

Abstract

本发明公开了一种自动增益控制方法，所述方法包括以下步骤：S1，以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；S2，确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；S3，对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线；S4，根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。本发明还公开了一种自动增益控制装置。本发明采用数字实现方式进行自动增益控制，不但简单，而且针对不同频段信号增益的调整时，参数更改也非常简单，只需要简单更改硬件程序。

Description

一种自动增益控制方法和装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种自动增益控制方法和装置。

背景技术

自动增益控制是使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC(Auto Gain Control，自动增益控制)环。AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号u₀经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压u_c。当输入信号u_i增大时，u₀和u_c亦随之增大。u_c增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：①改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数β。②在放大器各级间插入电控衰减器。③用电控可变电阻作放大器负载等。AGC电路广泛用于各种接收机、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电平控制；用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制。

AGC有两种控制方式：一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC，一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC。正向AGC控制能力强，所需控制功率大被控放大级工作点变动范围大，放大器两端阻抗变化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范围也小。

自动增益控制的一般是使用模拟电路进行实现，但是针对不同频段的信号增益进行调整时，更改电路参数是非常繁琐的。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种自动增益控制方法和装置，以克服现有技术中针对不同频段的信号增益进行调整时，更改电路参数非常繁琐的缺陷。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种自动增益控制方法，所述方法包括以下步骤：S1，以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；S2，确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；S3，对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线；S4，根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。

其中，所述步骤S2具体包括：

S21，获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合M＝{m₁，m₂，...，m_n}，其中m_m＝{S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，S_m×A}(m＝1，2，...，n)，S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，S_m×A为A个采样点信号，n为提取样本个数；

S22，获取与所述提取样本集合M对应的样本最大值集合R₁＝{R₁₁，R₁₂，...，R_ln}和样本最小值集合R_p＝{R_p1，R_p2，...，R_pn}，其中R_lm为样本m_m中采样点信号的最大值，(m＝1，2，...，n)，R_pm为样本m_m中采样点信号的最小值，(m＝1，2，...，n)，n为提取样本个数。

其中，所述步骤S3具体为：对所述样本最大值集合R₁中的样本最大值R₁₁，R₁₂，...，R_ln和样本最小值集合R_p中的样本最小值R_p1，R_p2，...，R_pn分别进行阶数为B的均值滤波，则采样点值S_i对应的上峰包络特征值为滤波后的样本最大值R_li，对应的下峰包络特征值为滤波后的样本最小值R_pi。

其中，所述步骤S4具体为：根据公式F_i＝(S_i-R_pi)×x÷(R_li-R_pi)+y，调整所述信号的增益，其中F_i为调整后的采样点值，S_i为调整前的采样点值，R_li为滤波后的样本最大值，R_pi为滤波后的样本最小值，x为所述信号的目标峰峰值，y为所述信号的目标下峰值。

其中，在步骤S2之前，还包括：根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A；在步骤S3之前，还包括：设定均值滤波的阶数B。

本发明实施例的技术方案还提供一种自动增益控制装置，所述装置包括：数字采样单元，用于以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；最值确定单元，用于确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；均值滤波器，用于对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线；增益调整单元，用于根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。

其中，所述最值确定单元包括：提取样本集合获取子单元，用于获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合；最大值寄存器，用于存储与所述提取样本集合对应的样本最大值集合；最小值寄存器，用于存储与所述提取样本集合对应的样本最小值集合。

其中，所述装置还包括：时钟个数设定单元，用于根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A；滤波器阶数设定单元，用于设定均值滤波器的阶数B。

其中，所述均值滤波器的工作时钟为采样时钟。

其中，所述包络特征线包括上峰值包络线和下峰值包络线。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明采用数字实现方式进行自动增益控制，不但简单，而且针对不同频段信号增益的调整时，参数更改也非常简单，只需要简单更改硬件程序。

附图说明

图1为本发明实施例的一种自动增益控制方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种自动增益控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种增益调整前的数字信号宏观视图；

图4为本发明实施例的固定时间窗口长度提取对应的上峰值与下峰值示意图；

图5为本发明实施例的数字信号的峰峰值包络线和信号宏观视图；

图6为本发明实施例的增益调整后的数字信号宏观视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例的一种自动增益控制方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤s101，以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样。

步骤s102，根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A。

步骤s103，获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合M＝{m₁，m₂，...，m_n}，其中m_m＝{S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，S_m×A}(m＝1，2，...，n)，S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，S_m×A为A个采样点信号，n为提取样本个数。

步骤s104，获取与所述提取样本集合M对应的样本最大值集合R₁＝{R₁₁，R₁₂，...，R_ln}和样本最小值集合R_p＝{R_p1，R_p2，...，R_pn}，其中R_lm为样本m_m中采样点信号的最大值，(m＝1，2，...，n)，R_pm为样本m_m中采样点信号的最小值，(m＝1，2，...，n)，n为提取样本个数。

步骤s105，对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线。本实施例具体为：对所述样本最大值集合R₁中的样本最大值R₁₁，R₁₂，...，R_ln和样本最小值集合R_p中的样本最小值R_p1，R_p2，...，R_pn分别进行阶数为B、时钟为采样时钟的均值滤波，则采样点值S_i对应的上峰包络特征值为滤波后的样本最大值R_li，对应的下峰包络特征值为滤波后的样本最小值R_pi。在进行均值滤波之前还包括设定均值滤波的阶数B，所述均值滤波的阶数B可以与所述时间窗口中包含的时钟个数A相等。

步骤s106，根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。本实施例具体为：根据公式F_i＝(S_i-R_pi)×x÷(R_li-R_pi)+y，调整所述信号的增益，其中F_i为调整后的采样点值，S_i为调整前的采样点值，R_li为滤波后的样本最大值，R_pi为滤波后的样本最小值，x为所述信号的目标峰峰值，y为所述信号的目标下峰值。

本发明实施例的一种自动增益控制装置如图2所示，包括数字采样单元、最值确定单元、时钟个数设定单元、均值滤波器、滤波器阶数设定单元和增益调整单元，其中最值确定单元分别与数字采样单元、时钟个数设定单元和均值滤波器连接，均值滤波器分别与滤波器阶数设定单元和增益调整单元连接。

数字采样单元用于以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；最值确定单元用于确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；时钟个数设定单元用于根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A；均值滤波器用于对所述最大值和最小值分别进行阶数为B、时钟为采样时钟的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线，所述包络特征线包括上峰值包络线和下峰值包络线；滤波器阶数设定单元用于设定均值滤波器的阶数B；增益调整单元用于根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。

所述最值确定单元包括提取样本集合获取子单元、最大值寄存器和最小值寄存器，其中提取样本集合获取子单元分别与最大值寄存器和最小值寄存器连接。

提取样本集合获取子单元用于获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合；最大值寄存器用于存储与所述提取样本集合对应的样本最大值集合；最小值寄存器用于存储与所述提取样本集合对应的样本最小值集合。

下面结合实施例，对本发明进行详细说明：

图3为增益调整前的光盘上读取的8位AD转换的数字RF(RadioFrequency，射频)信号宏观视图，需要对该信号进行增益自动调整。假定需要调整到下峰值为40，峰峰值为160，即幅值为160，包括以下步骤：

根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口长度为4736个时钟，对它进行上峰值与下峰值的提取，即每经过4736个时钟对经过的4736个采样点值进行比较，选取4736个采样点值中最大的那个值做为这4736个采样点所在的窗口的上峰值，选取4736个采样点值中最小的那个值做为这4736个采样点所在的窗口的下峰值，并且在时间轴上与4736个采样点对应。本实施例的固定时间窗口长度提取对应的上峰值与下峰值示意图如图4所示。

再设定一个阶数为4736，时钟为采样时钟的均值滤波器对得到的上峰值与下峰值进行滤波，于是得到了光滑的信号幅值包络线，即上峰值包络线R_li与下峰值包络线R_pi，本实施例的数字信号的峰峰值包络线和信号宏观视图如图5所示。

然后根据包络特征线对信号的增益进行调制，假设调整前的采样点的值为S_i，调整后的RF信号的采样值为(S_i-R_pi)×160÷(R_li-R_pi)+40，本实施例的增益调整后的数字信号宏观视图如图6所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种自动增益控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；

S2，确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；

S3，对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线；

S4，根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。

2、如权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21，获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合M＝{m₁，m₂，...，m_n}，其中m_m＝{S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，S_m×A}(m＝1，2，...，n)，S_(m-1)×A+1，S_(m-1)×A+2，...，Sm×A为A个采样点信号，n为提取样本个数；

S22，获取与所述提取样本集合M对应的样本最大值集合R₁＝{R₁₁，R₁₂，...，R_1n}和样本最小值集合R_p＝{R_p1，R_p2，...，R_pn}，其中R_1m为样本m_m中采样点信号的最大值，(m＝1，2，...，n)，R_pm为样本m_m中采样点信号的最小值，(m＝1，2，...，n)，n为提取样本个数。

3、如权利要求2所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：对所述样本最大值集合R₁中的样本最大值R₁₁，R₁₂，...，R_1n和样本最小值集合R_p中的样本最小值R_p1，R_p2，...，R_pn分别进行阶数为B的均值滤波，则采样点值Si对应的上峰包络特征值为滤波后的样本最大值R_1i，对应的下峰包络特征值为滤波后的样本最小值R_pi。

4、如权利要求3所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：根据公式F_i＝(S_i-R_pi)×x÷(R_li-R_pi)+y，调整所述信号的增益，其中F_i为调整后的采样点值，S_i为调整前的采样点值，R_li为滤波后的样本最大值，R_pi为滤波后的样本最小值，x为所述信号的目标峰峰值，y为所述信号的目标下峰值。

5、如权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，

在步骤S2之前，还包括：根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A；

在步骤S3之前，还包括：设定均值滤波的阶数B。

6、一种自动增益控制装置，其特征在于，所述装置包括：

数字采样单元，用于以固定时钟频率对待调整增益信号进行数字采样；

最值确定单元，用于确定时间窗口长度为A个时钟中的数字信号的最大值和最小值；

均值滤波器，用于对所述最大值和最小值分别进行阶数为B的均值滤波，得到所述待调整增益信号的包络特征线；

增益调整单元，用于根据所述包络特征线，将所述待调整增益信号的峰峰值进行线性放大或缩小，实现所述信号的增益控制。

7、如权利要求6所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述最值确定单元包括：

提取样本集合获取子单元，用于获取所述待调整增益信号的峰峰值包络线的提取样本集合；

最大值寄存器，用于存储与所述提取样本集合对应的样本最大值集合；

最小值寄存器，用于存储与所述提取样本集合对应的样本最小值集合。

8、如权利要求6或7所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述装置还包括：

时钟个数设定单元，用于根据采样后信号的频段特性，设定时间窗口中包含的时钟个数A；

滤波器阶数设定单元，用于设定均值滤波器的阶数B。

9、如权利要求6或7所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述均值滤波器的工作时钟为采样时钟。

10、如权利要求6或7所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述包络特征线包括上峰值包络线和下峰值包络线。