CN102291814B - 射频自动增益控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种射频自动增益控制系统及其方法，所述系统包括：低噪声放大器与射频可变增益放大器配合，用于对接收的射频信号进行自动增益控制；射频功率检测器，用于检测由所述射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较后，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑；射频自动增益控制逻辑，用于根据所述射频功率检测器传送的检测信号而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号。本发明的射频自动增益控制系统及其方法，以数字电路方式实现射频自动增益控制，为移动电视接收机芯片射频端的自动增益控制提供了简单、有效、可靠的解决方案。

Description

射频自动增益控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种应用于射频电路中的射频自动增益控制系统及其方法。
背景技术
随着技术的不断发展，射频器件的市场在不断扩大，其应用领域包括传统的蜂窝电话和无线电话，以及目前正在逐渐发展的其他领域，如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、射频识别标签(RFID)、库存监视器、卫星收发器以及在全球范围内迅速发展的数字电视。例如，中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB)系统是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、数码相机、笔记本电脑等多种移动终端的标准，利用S波段信号实现“天地”一体覆盖。2006年10月24日，国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。
在所有这些射频应用电路中，信号在传播中都会受到来自多方面因素的影响，比如在传播时会受到传播介质的吸收，地面及建筑物的折射、反射等。由于传播途径的不同，受这些因素影响的程度也大相径庭，使得到达射频接收机的信号的能量大小会呈现出随时间而变化的特性。为了使接收机能够正常工作，常常需要信号在通过射频路径后，输出的幅度能保持在一个恒定的值。这就需要通过射频自动增益控制电路来调节射频路径上各个模块的增益，使得经过这些射频路径的信号能维持在一个恒定值上下，方便下级电路的处理。
射频自动增益控制是通过调节射频接收机内的放大器的增益值来实现对接收射频信号大小的自动调节。当射频接收信号较大时，减少接收机放大器的增益，避免放大器饱和；当射频接收信号较小时，增加射频接收机放大器的增益，放大接收信号。可见，通过射频自动增益控制能够有效实现射频接收机动态范围和接收灵敏度的提高。
传统的射频自动增益控制方法为在射频放大器后加功率检测电路，如果检测到接收信号太大，则将放大器增益值调低；如果检测到接收信号太小，则将放大器增益值调高。传统的射频自动增益控制方法多采用模拟电路方式实现射频自动增益控制环路，但存在设计复杂、占用芯片面积大等问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种采用数字方式实现射频自动增益控制系统及其方法，以解决由于采用模拟电路方式实现射频自动增益控制存在设计复杂、占用芯片面积大等问题。
为解决上述问题，本发明提供一种射频自动增益控制系统，包括：低噪声放大器、射频可变增益放大器、射频功率检测器以及射频自动增益控制逻辑；低噪声放大器与射频可变增益放大器配合，用于对接收的射频信号进行自动增益控制；射频功率检测器，用于检测由所述射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较后，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑；射频自动增益控制逻辑，用于根据所述射频功率检测器传送的检测信号而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号，并分别传送至对应的所述低噪声放大器和所述射频可变增益放大器。
可选地，所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号包括：所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果输出八位控制比特，其中，前三位控制比特用于控制所述低噪声放大器的增益，后五位控制比特用于控制所述射频可变增益放大器的增益。
可选地，所述射频可变增益放大器的输出信号幅度范围为-18dBm至-15dBm。
可选地，所述低噪声放大器的增益调节范围为-6dB至18dB，调节步长为6dB。
可选地，所述射频自动增益控制逻辑的增益调节范围为-10dB至15dB，调节步长为1dB。
本发明在另一方面还提供一种应用于射频自动增益控制系统中的射频自动增益控制方法，包括：输出信号检测步骤，由所述射频功率检测器检测所述射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑；控制信号产生步骤，由所述射频自动增益控制逻辑根据接收的检测信号，产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号，并分别传送至对应的所述低噪声放大器和所述射频可变增益放大器。
可选地，所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号包括：所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果输出八位控制比特，其中，前三位控制比特用于控制所述低噪声放大器的增益，后五位控制比特用于控制所述射频可变增益放大器的增益。
可选地，所述射频可变增益放大器的输出信号幅度范围为-18dBm至-15dBm。
可选地，所述低噪声放大器的增益调节范围为-6dB至18dB，调节步长为6dB。
可选地，所述射频自动增益控制逻辑的增益调节范围为-10dB至15dB，调节步长为1dB。
本发明提供的射频自动增益控制系统及其方法，其是以数字电路方式实现射频自动增益控制，通过有效、可靠的算法以及优化的电路设计，解决移动电视接收机芯片射频端的自动增益控制问题，并且为整个芯片的增益控制设计提供了一套简单、有效、可靠的解决方案。
附图说明
图1为本发明射频自动增益控制系统的结构示意图；
图2为将射频增益从最高增益调到最低增益以及将射频增益从最低增益调到最高增益时射频自动增益控制逻辑的性能示意图；
图3为本发明实施例中射频自动增益控制方法的流程示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中多采用模拟电路方式实现射频自动增益控制环路，但存在设计复杂、占用芯片面积大等问题，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种采用数字电路方式实现射频自动增益控制，为整个芯片的增益控制设计提供了一套简单、有效、可靠的解决方案。
以下将通过具体实施例来对本发明所提出的射频自动增益控制系统及其方法进行详细说明。在本发明的一个实例中，射频自动增益控制技术是应用在一款中国移动多媒体广播(CMMB)移动电视接收机芯片中。
图1为本发明射频自动增益控制系统的结构示意图。如图1所示，本发明射频自动增益控制系统主要包括：低噪声放大器(LNA)10、射频可变增益放大器(RFPGA)12、射频功率检测器(RF Power Detector)14以及射频自动增益控制逻辑(RF AGC Logic)16。
低噪声放大器10，用于对接收的射频信号进行放大处理。低噪声放大器10的主要作用是放大自天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。
射频可变增益放大器12与低噪声放大器10连接，用于与低噪声放大器10一起完成自动增益控制。
射频功率检测器14与射频可变增益放大器12连接，用于检测由射频可变增益放大器12的输出信号能量，并将其与预设值相比较后，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑16。在本发明实施例中，射频功率检测器14可以是采用新型的预校准平方射频功率检测器，预校准平方射频功率检测器具有更加精确的初始静态输出基准值，且可以抵抗由于工艺偏差、温度漂移等带来的干扰。
射频自动增益控制逻辑16与射频功率检测器14连接，用于根据射频功率检测器14传送的比较结果，而分别产生供控制低噪声放大器10的增益的控制信号和供控制射频可变增益放大器12的增益的控制信号，并分别传送至对应的所述低噪声放大器和所述射频可变增益放大器，调节低噪声放大器10的增益和供控制射频可变增益放大器12的增益，从而达到将从射频端的输出信号幅度控制在一个固定的范围内，以保证后续电路的正常工作。
在本发明实施例中，射频自动增益控制逻辑16采用全数字方式实现，射频自动增益控制逻辑16采用的算法适用于标准数字CMOS工艺，所述算法包括：在每一个时间片中，在芯片进入工作模式之前对射频功率检测器14进行预校准，在射频功率检测器14预校准结束后再开启射频自动增益控制逻辑16。通过预校准处理，从而使得本发明具有很高的精度与可靠性。
另外，本发明实例中的射频功率检测器14中预设有两个阈值，用于在检测射频可变增益放大器12的输出信号后输出两位检测比特，所述两个检测比特输入到射频自动增益控制逻辑16中；射频自动增益控制逻辑16根据这两个检测比特的信息输出八位控制比特(例如：AAABBBBB)，其中，所述八位控制比特中的前三位控制比特(例如：AAA)用于控制低噪声放大器10的增益，后五位控制比特(例如：BBBBB)用于控制射频可变增益放大器12的增益。其中，低噪声放大器10作为一个粗调增益模块，其增益调节范围从-6dB到18dB，调节步长为6dB；射频可变增益放大器12作为细调增益模块，其增益调节范围从-10dB到15dB，调节步长为1dB。在这里，本发明实例中的射频自动增益控制逻辑16的算法是先调整低噪声放大器10的增益(粗调)，再调节射频可变增益放大器12的增益(细调)，实现粗调细调相结合，精确地控制低噪声放大器10的增益和射频可变增益放大器12的增益，达到将从射频端的输出信号幅度控制在一个固定的范围内(在本发明实施例中，射频可变增益放大器12的输出信号幅度范围为-18dBm至-15dBm。)，以保证后续电路的正常工作。
另外，在每一次增益调整开始之前，本发明实例中的射频自动增益控制逻辑会预留一段时间，以保证射频模块的稳定，有效的保证了本发明实例的稳定性和可靠性。
图2即显示了将射频增益从最高增益调到最低增益以及将射频增益从最低增益调到最高增益时射频自动增益控制逻辑的性能。如图2所示，在前一半时间内，输入到射频自动增益控制逻辑16的两个检测比特固定为两个使得射频自动增益控制逻辑16上调增益的比特(例如：CC)，如此，射频自动增益控制逻辑16的输出则从对应最小增益的八位控制比特上调到对应最大增益的八位控制比特；反之，在后一半时间内，输入到射频自动增益控制逻辑16的两个检测比特固定为两个使得射频自动增益控制逻辑16下调增益的比特(例如：DD)，如此，射频自动增益控制逻辑16的输出则从对应最大增益的八位控制比特上调到对应最小增益的八位比特。
图3为本发明实施例中射频自动增益控制方法的流程示意图。结合图1和图3，所述方法包括如下步骤：
步骤S101，由射频功率检测器检测射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑，完成输出信号的检测。
步骤S102，由射频自动增益控制逻辑根据从射频功率检测器处接收的检测信号，产生供控制低噪声放大器的增益的控制信号和供控制射频可变增益放大器的增益的控制信号，并分别传送至对应的低噪声放大器和射频可变增益放大器。
本发明提供的射频自动增益控制系统及其方法，可以适用于移动电视接收机中，以数字电路方式实现射频自动增益控制，通过有效、可靠的算法以及优化的电路设计，解决移动电视接收机芯片射频端的自动增益控制问题，具有结构简单、、性能有效和可靠、以及节省占用空间等优点。
应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (4)

1.一种射频自动增益控制系统，其特征在于，包括：低噪声放大器、射频可变增益放大器、射频功率检测器以及射频自动增益控制逻辑；
低噪声放大器与射频可变增益放大器配合，用于对接收的射频信号进行自动增益控制；所述低噪声放大器的增益调节范围为-6dB至18dB，调节步长为6dB；所述射频可变增益放大器的增益调节范围为-10dB至15dB，调节步长为1dB；所述射频可变增益放大器的输出信号幅度范围为-18dBm至-15dBm；
射频功率检测器，用于检测由所述射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较后，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑；
射频自动增益控制逻辑，用于根据所述射频功率检测器传送的检测信号而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号，并分别传送至对应的所述低噪声放大器和所述射频可变增益放大器。
2.根据权利要求1所述的射频自动增益控制系统，其特征在于，所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号包括：所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果输出八位控制比特，其中，前三位控制比特用于控制所述低噪声放大器的增益，后五位控制比特用于控制所述射频可变增益放大器的增益。
3.一种应用于权利要求1至2项中任一射频自动增益控制系统中的射频自动增益控制方法，其特征在于，包括：
输出信号检测步骤，由所述射频功率检测器检测所述射频可变增益放大器的输出信号能量，并将其与预设值相比较，输出检测信号至射频自动增益控制逻辑；所述射频可变增益放大器的输出信号幅度范围为-18dBm至-15dBm；
控制信号产生步骤，由所述射频自动增益控制逻辑根据接收的检测信号，产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号，并分别传送至对应的所述低噪声放大器和所述射频可变增益放大器；所述低噪声放大器的增益调节范围为-6dB至18dB，调节步长为6dB；所述射频可变增益放大器的增益调节范围为-10dB至15dB，调节步长为1dB。
4.根据权利要求3所述的射频自动增益控制方法，其特征在于，所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果而分别产生供控制所述低噪声放大器的增益的控制信号和供控制所述射频可变增益放大器的增益的控制信号包括：所述射频自动增益控制逻辑根据所述射频功率检测器传送的比较结果输出八位控制比特，其中，前三位控制比特用于控制所述低噪声放大器的增益，后五位控制比特用于控制所述射频可变增益放大器的增益。
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