CN102255608A - 一种大动态范围自动增益调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大动态范围自动增益调节电路，包括可变增益放大器、功率检波电路和运算放大电路；功率检波电路的输入端连接可变增益放大器的输出端，功率检波电路检测可变增益放大器输出的功率电平，并输出与所检测信号功率相对应的电压信号；功率检波电路的输出端连接运算放大电路的输入端，运算放大电路对功率检波电路输出的电压信号进行放大；运算放大电路的输出端连接可变增益放大器的控制端。

Description

一种大动态范围自动增益调节电路

技术领域

本发明涉及一种用于射频接收机的大动态范围自动增益调节电路。

背景技术

目前，信息通信领域中发展最快、应用最广的是无线通信技术。从3G的推广到WLAN应用的日益广泛，该技术已对人们的工作和生活产生了日益重要的作用。但是，无线通信系统在进行通信时也出现了一些问题。由于受到发射功率、通信距离、电磁干扰等因素影响，通信系统中接收机所需接收信号的功率往往有比较大的变化。另外，在接收机内部信号的传输通路中，往往出现由于信号的动态范围太大而使接收机内部器件无法对信号进行准确处理的现象。由于接收通道只能对固定功率范围的信号进行处理，因此为了保持正常通信，通常在信号接收通道中加入自动增益控制(AGC)电路。接收机中的AGC模块是接收机等通信设备的重要组成部分，其动态范围则是接收机的重要技术指标之一。

自动增益控制电路是能够使得放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制电路。该电路模块能够接收一定动态范围的信号，对信号进行放大后使其满足接收通路后续处理的要求。现有的自动增益控制电路的动态范围较小，一般为70~80dB，大大限制了接收机处理信号的能力。另外，自动增益控制电路中往往用比较器来实现输出反馈电压的功能，也同样不利于自动增益控制电路的应用。

发明内容

本发明目的是：针对接收机中现有自动增益控制电路的不足，提供一种自动增益调节电路，能够扩大功率信号调节的动态范围，实现大动态范围自动增益调节。

本发明的技术方案是：一种大动态范围自动增益调节电路，包括可变增益放大器、功率检波电路和运算放大电路；所述功率检波电路的输入端连接可变增益放大器的输出端，功率检波电路检测可变增益放大器输出的功率电平，并输出与所检测信号功率相对应的电压信号；功率检波电路的输出端连接运算放大电路的输入端，运算放大电路对功率检波电路输出的电压信号进行放大；运算放大电路的输出端连接可变增益放大器的控制端。

进一步的，所述的一种大动态范围自动增益调节电路中，所述功率检波电路包括依次相连的滤波网络、对数放大器和跟随器。

本发明的优点是：

1．实现对大动态范围功率信号的调节，动态范围可达100dB；

2．本发明结构简单，用途广泛，可用于接收机前，对要输入接收机的信号进行预处理；也可用于接收机内部通路中，用于对解调器输出信号进行调节，使其幅度满足后续电路能够准确对其处理的要求；

3．调整功率检波电路中的滤波电路，可对自动增益调节电路的工作频段作出调整；

4．常用的AGC电路的反馈电压通过电压比较来获得，而本发明采用检波电路来进行反馈，省去了比较器，也不需要专门提供电压比较所需要的固定电压信号，电路更简单，成本更低；

5．在对大动态范围功率信号实现调节的同时，输出与被检测功率相对应的电压信号，根据电压信号可间接地检测到所接收到信号的功率水平。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的自动增益调节电路结构框图；

图2为本发明实施例的接收机电路结构框图；

图3为可变增益放大器增益与其所加控制电压的对应关系图；

图4为本发明实施例的功率检波电路结构方框图；

图5为对数放大器输出电压与输入信号功率的对应关系图；

图6为功率检波电路中滤波网络和对数放大器电路的结构框图。

其中：1 可变增益放大器；2 功率检波电路；3 运算放大电路。

具体实施方式

实施例：本发明提供了一种大动态范围自动增益调节电路，利用该电路可以对信号的幅度进行调整，并可根据反馈至可变增益放大器的控制电压大小算出该自动增益调节电路所接收信号的功率水平。自动增益调节电路的结构框图如图1所示，包括可变增益放大器1、功率检波电路2和运算放大电路3三个模块。可变增益放大器 (VGA) 具备高频大信号优点以及可以驱动大负载的电流的特点。除可提供准确的器件对器件增益匹配功能外，可变增益放大器还可提供优秀的衰减范围，因此适用于通信基建无线基站、工业及视频应用中的自动增益控制。功率检波电路2的输入端连接可变增益放大器1的输出端，功率检波电路2的输出端连接运算放大电路3的输入端，运算放大电路3的输出端连接可变增益放大器的控制端，运算放大电路3输出电压信号Vc，用于控制可变增益放大器1。所述功率检波电路2包括依次相连的滤波网络21、对数放大器22和跟随器23，检测可变增益放大器输出的功率电平，并输出与所检测信号功率相对应的电压信号。所述运算放大电路接收功率检波电路输出的电压信号，并将其放大为可变增益放大器所需的电压控制信号，以精确地控制可变增益放大器的增益，从而实现对大动态范围功率信号的调节。滤波网络由若干电阻电容组成，用于滤除带外信号的干扰。对数放大器对经过滤波的信号进行检测，并将与检测信号功率相对应的电压信号输出至跟随器。所述运算放大电路对功率检波电路输出的电压信号进行放大，使电压信号达到可有效控制可变增益放大器增益变化的幅度范围。

如图2所示，由天线接收到的射频信号经过射频带通滤波器(RF BPF)滤波后，由低噪声放大器(LNA)放大并输出，该信号与本振信号（LO）进行混频后，经过低通滤波器滤波转化为基带信号，经过低通滤波器(LPF)滤波后的基带信号进入自动增益调节电路进行处理。可变增益放大器(VGA)对输入的基带信号进行放大。图3所示为可变增益放大器的增益与其上控制电压的对应关系图，由该图可看出，可变增益放大器的增益在一定范围内，与控制电压成线性关系，其能对所处理的基带信号提供精确的线性增益。经可变增益放大器放大后的信号大部分输出至模数转换器(ADC)进行处理，另一部分信号进入功率检波电路，该功率检波电路2由前端加有滤波网络的对数放大器构成，如图6所示，输入信号通过电容Cc交流耦合到对数放大器的输入端后，经过由电容与电阻构成的滤波器后进入对数放大器，该滤波器所加电容C p应满足：fHP=1/(2πRinCp)

其中，f HP为低通滤波器的高通角，R in为对数放大器的输入电阻，C p为功率检波电路输入端并接的电容。对数放大器对输入信号进行检测，输出与输入信号功率大小呈线性关系的电压幅度，图5所示为对数放大器输出电压与输入信号功率的对应关系图。对数放大器的输出端加跟随器作为缓冲级，以降低其输出阻抗，提高其驱动能力，如图4所示，滤波网络21的输入端为功率检波电路2的输入端，跟随器23的输出端即为功率检波电路2的输出端。

对数放大器所输出的电压信号经过运算放大电路放大后，对可控增益放大器进行控制。在接收信号功率范围内，当对数放大器所检测到的信号功率最小时，通过运算放大器对对数放大器所输出电压信号进行作用，使其转换为可变增益放大器取得最大增益所对应的控制电压；当对数放大器所检测到的信号功率最大时，通过运算放大器对对数放大器所输出电压信号进行作用，使其转换为可变增益放大器取得最小增益所对应的控制电压。假设对数放大器的输出电压信号和可变增益放大器的控制电压信号分别为V r和V c，则根据公式：V c =αV r +β，以及对数放大器接收的信号功率最小和最大时所对应的两组V c与V r，即可确定公式中的参数α与β。运算放大电路实现了式中V r与V c的线性关系后，便实现了自动增益调节的整个控制过程。

通过自动增益调节电路的控制，可保证图2中可变增益放大器输出至ADC的功率信号大小始终在ADC可准确处理的信号功率范围内，实现大动态范围的功率调节。另外，自动增益调节电路能够输出与被检测信号功率相对应的电压信号，因此该电路结构能够间接地检测到天线所接收到射频信号的功率水平。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。

Claims (2)

1.一种大动态范围自动增益调节电路，其特征在于：包括可变增益放大器（1）、功率检波电路（2）和运算放大电路（3）；所述功率检波电路（2）的输入端连接可变增益放大器（1）的输出端，功率检波电路（2）检测可变增益放大器（1）输出的功率电平，并输出与所检测信号功率相对应的电压信号；功率检波电路（2）的输出端连接运算放大电路（3）的输入端，运算放大电路（3）对功率检波电路（2）输出的电压信号进行放大；运算放大电路（3）的输出端连接可变增益放大器（1）的控制端。

2.根据权利要求1中所述的一种大动态范围自动增益调节电路，其特征在于：所述功率检波电路（2）包括依次相连的滤波网络（21）、对数放大器（22）和跟随器（23）。

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