CN103558897B - 基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法，本发明的核心不是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的改变量，而是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的相对改变量，从而使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得高度稳定；本发明的优点是在系统增益调整的应用中能够保证输出功率的高度稳定性，具有高精度和高可靠性，本发明实现的电路简单，实施的成本低，具有较强的实用价值和现实意义。

Description

基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法

技术领域

本发明涉及基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法，属于自动增益控制技术领域。

背景技术

有一类AGC技术用于控制输出功率的稳定，目前，现有典型的这类用于控制输出功率的稳定的AGC技术的系统增益调整技术有两种，第一种系统增益调整技术是用检波信号幅度值的变化调整电调衰减器的调整量，使输出功率获得稳定。第二种是用控制环境温度的方法间接地控制器件的工作状态，使输出功率获得稳定。

第一种系统增益调整技术，是用检波信号幅度值的变化调整电调衰减器的调整量，使输出功率获得稳定。

由于电调衰减器的控制-衰减特性是：线性控制电压产生线性的电调衰减分贝值的特性。所谓线性控制电压是代表增益分贝值特性的电压，不是信号幅度值的变化电压。因此，第一种系统增益调整技术的控制-衰减特性不符合电调衰减器的要求，所以导致第一种系统增益调整技术的输出电平即输出功率误差较大。

第二种系统增益调整技术，是用控制环境温度的方法间接地控制器件的工作状态，使输出功率获得稳定。

由于器件的工作状态与多种因素有关，温度只是较重要的一个因素，控制环境温度只是单因素地、间接地控制输出功率，不能控制由于其他因素导致的输出功率变化，所以导致第二种系统增益调整技术的输出电平即输出功率误差较大。

上述两种系统增益调整技术所存在的共同的不可避免的缺陷是：系统的传递函数不明确，输出功率的精度低，输出功率的稳定性差，实现及实施的成本高，可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法。

本发明的核心不是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的改变量，而是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的相对改变量。本发明采用电调衰减器作为增益调整器件，按照电调衰减器的控制-衰减特性设计增益控制算法，使增益控制算法产生的控制电压的改变量恰好等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量，用这个控制电压的改变量精确控制电调衰减器的衰减调整量，使电调衰减器的衰减调整量等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量，再利用电调衰减器的衰减量的分贝值的调整量与功率分贝值的改变量大小相等、特性相反从而可以相互抵消的原理，使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得高度稳定。

本发明中的虚拟增益电桥自动增益控制传递电压简称为AGC传递电压。

本发明实现的步骤如下：

步骤一.

1)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的输入功率P_in，0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输入功率P_in，0(dBm)；

2)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的信道的所有增益以及所有增益变化的总合增益G_1，0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的G_1，0(dB)；

3)设定电调衰减器的初始衰减量L₀(dB)；

4)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率P_out，0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率P_out，0(dBm)。

步骤二.

1)计算正常状态下的虚拟增益电桥自动增益控制传递电压k₀(简称AGC传递电压k₀)；

2)调整电调衰减器的控制电压v₀，得到电调衰减器的初始衰减量L₀(dB)。

步骤三.

1)计算变化状态下的AGC传递电压k，

2)计算k₀的改变量Δk，

3)计算变化状态下的电调衰减器的控制电压v，

4)计算v₀的改变量Δv，

5)调整Δv，使Δv产生初始衰减量L₀(dB的电调衰减器的衰减调整增量ΔL(dB)等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率P_out，0(dBm)的改变量ΔP_out(dB)。

以上步骤最终实现P_out(dBm)=P_out，0(dBm)，即使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得高度稳定。

本发明的优点是在系统增益调整的应用中能够保证输出功率的高度稳定性，具有高精度和高可靠性，并且本发明实现的电路简单，实施的成本低，具有较强的实用价值和现实意义。

附图说明

图1是本发明的虚拟增益电桥自动增益控制系统的示意图；

图2是本发明的虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的示意图；

图3是本发明的虚拟增益电桥的增益误差电桥的示意图；

图4是基于图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的具体功能实现系统的示意图；

图5是图4中的系统的输出功率的三维仿真曲面图；

图6是图5曲面在输出功率扰动量方向的投影图；

图7是图5曲面在输入功率方向的投影图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

本发明用于控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率，使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率达到高精度稳定。图1中是本发明的虚拟增益电桥自动增益控制系统的示意图，同时图1也是本发明的基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法的原理示意图，图中的G₁、G₂、G₃和L代表增益，而不是电阻。本发明的核心不是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的改变量，而是控制虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的相对改变量。本发明的基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法采用电调衰减器作为增益调整器件，按照电调衰减器的控制-衰减特性设计增益控制算法，使增益控制算法产生的控制电压分贝值的改变量等于图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量，用这个方法精确控制电调衰减器的衰减调整量，使电调衰减器的衰减调整量等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量，再利用电调衰减器的衰减量的分贝值的调整量与虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量大小相等、特性相反从而可以相互抵消的原理，使图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得动态稳定。图4是基于图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的具体功能实现系统的示意图，所以，图4中的系统看似是一个开环的增益控制系统，但实际上是一个能实现闭环功能的开环的增益控制系统。

本发明中的所有参量有两种状态下的值：(1)正常状态下的值，设定正常状态下的参量即理论计算值带有角标0；(2)变化状态下的值，设定变化状态下的参量即实际测量值不带角标0。

图1中，P_in，0是正常状态下的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输入功率，单位为mW；G₁是虚拟增益电桥自动增益控制系统的信道所有增益以及所有增益变化的总合；L是电调衰减器的增益，L<1，L也称为电调衰减器的衰减量；P_out是虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率，单位为mW；÷是虚拟除法运算；G₂和G₃分别是虚拟增益电桥自动增益控制系统的虚拟参考支路和虚拟比较支路的虚拟增益，G₂＝G₃＝g；p_r和p_c分别是虚拟增益电桥自动增益控制系统的虚拟参考支路和虚拟比较支路的虚拟输出功率，p_r=P_in，0·G₃，P_c=P_out·G₄；a是AGC传递电压；v_a是电调衰减器的控制电压；运算处理1是将AGC传递电压a转换成电调衰减器需要的控制电压v_a。

图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的传递函数等于实线段路径的总增益G，

$G=\frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in},0}}=G_1\&CenterDot;L---\left(1\right)$

(1)式中P_in，0表示正常状态下的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输入功率。

图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的AGC传递电压为a，

$a=\frac{p_c}{p_r}=\frac{P_{\mathrm{in},0}\&CenterDot;G_1\&CenterDot;L\&CenterDot;G_3}{P_{\mathrm{in},0}\&CenterDot;G_2}=G---\left(2\right)$

(2)式中，a的含义是增益，a的测量值是电压。a经过运算处理1产生控制电压v_a，用v_a控制图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统中电调衰减器的衰减量L，使总增益G保持不变，从而使图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得稳定。当前，广泛应用于实际电路中电调衰减器的衰减量是以分贝为单位，即L(dB)；因此，为了与之匹配，对图1中的所有参量取分贝值，得到图2，图2是图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统；符号Δ表示差分运算；运算处理2是将AGC传递电压k转换成电调衰减器需要的控制电压v。图2中的传递函数为G(dB)，图2中的AGC传递电压为k，

k=a(dB)=p_c(dBm)-p_r(dBm)    (3)

其中，p_r(dBm)和p_c(dBm)是虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的虚拟参考支路和虚拟比较支路的虚拟输出功率。k经过运算处理2得到的控制电压v用以控制变化状态下的电调衰减器的衰减量L(dB)，使总增益G(dB)保持不变，从而使图2系统的输出功率获得稳定。

本发明的基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法的实现步骤如下：

第一步：求正常状态下的AGC传递电压k₀；

$\begin{array}{c}{k}_0=p_{c,0}\left(\mathrm{dBm}\right){-p}_{r,0}\left(\mathrm{dBm}\right)\\ =G_0\left(\mathrm{dB}\right)\end{array}---\left(4\right)$

(4)式表明，AGC传递电压k₀的含义是增益，其测量值为电压。k₀用于产生正常状态下的电调衰减器的控制电压v₀。

第二步：调整v₀。v₀用于设定电调衰减器的初始衰减量L₀(dB)，L₀(dB)的值由P_in，0(dBm)、G₀(dB)和P_out，(dBm)决定。

第三步：计算变化状态下的AGC传递电压k，

$\begin{array}{c}k=p_c\left(\mathrm{dBm}\right)-p_r\left(\mathrm{dBm}\right)\\ =k_0+\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{out}}\left(\mathrm{dB}\right)\end{array}---\left(5\right)$

式中，ΔP_out(dB)表示虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率的分贝值的变化量，ΔP_out(dB)=P_out(dBm)-P_out，0(dBm)，也是总增益分贝值的变化量。k用于产生变化状态下的电调衰减器的控制电压v。

第四步：计算Δk，Δk是k₀的改变量，

Δk=k-k₀    (6)

显然，(6)式中的Δk等于(5)式中的ΔP_out(dB)。Δk用于产生电调衰减器的控制电压v₀的改变量Δv。

第五步：计算Δv。并验证电调衰减器的衰减调整增量ΔL(dB)。

Δv=v-v₀    (7)

调整Δv，使Δv产生电调衰减器的衰减调整增量为ΔL(dB)，并使下式成立，

ΔL(dB)=ΔP_out(dB)    (8)

当(8)式成立时，必然有P_out(dBm)=P_out，0(dBm)，从而使图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得动态稳定，稳定后的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率为：

P_out(dBm)=P_out，0(dBm)=P_in，0(dBm)+G₀(dB)    (9)

本发明的虚拟增益电桥的增益误差电桥：

当图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得稳定后，必然有ΔL(dB)=ΔP_out(dB)，ΔP_out(dB)是总增益分贝值G₀(dB)的改变量；ΔL(dB)是L₀(dB)的调整量。根据图2，得到图3，图3是虚拟增益电桥的增益误差电桥的示意图。

图3中，虚拟增益电桥的增益误差电桥的平衡现象是：当AGC传递电压的改变量Δk=0V时，虚拟增益电桥的增益误差电桥出现平衡现象，使等式：

ΔL(dB)=ΔP_out(dB)    (8)成立，从而图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得动态稳定。

本发明的基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法的实现步骤的(4)式至(9)式表明本发明的实现只涉及虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率的分贝值、输入功率的分贝值和虚拟增益电桥自动增益控制系统总增益的分贝值，而与虚拟参考支路和虚拟比较支路的参量无关，因而，得到图4，图4中的运算处理3即运行上述本发明的实现步骤。运算处理3输出具有驱动电调衰减器实现衰减能力的电压v，电压v送往电调衰减器的控制端控制衰减量L(dB)。图4是基于图1中的虚拟增益电桥自动增益控制系统的具体功能实现系统的示意图，所以，图4中的系统看似是一个开环的增益控制系统但实际上是一个能实现闭环功能的开环的增益控制系统。

本发明的虚拟增益电桥控制效果仿真如下所述：

对图4中的系统的输出功率的控制效果进行仿真，仿真结果如图5、图6.和图7所示。

图5是图4中的系统的输出功率的三维仿真曲面，图5的纵坐标表示图4中的系统的输出功率的分贝值P_out(dBm)，二维横坐标分别表示图4中的系统的输入功率的分贝值P_in(dBm)和输出功率的扰动量ΔP_out(dB)。图5曲面表明当图4中的系统的输入功率的分贝值P_in(dBm)=-52(dBm)、总增益分贝值G₀(dB)=50(dB)、输出功率的扰动量ΔP_out(dB)为0(dB)～4(dB)时，经过虚拟增益电桥自动增益控制后，使图4中的系统的输出功率的分贝值P_out(dBm)稳定在-2(dBm)。

图6是图5曲面在输出功率的扰动量方向的投影图，图6纵坐标表示输出功率的分贝值P_out(dBm)，图6横坐标表示输入功率的分贝值P_in(dBm)，图6曲线表明当P_in(dBm)=-52(dBm)，其他条件与图5相同时，输出功率的分贝值为(-52(dBm)，-2(dBm))的一个点，表明P_out(dBm)稳定在-2(dBm)，而与输出功率的扰动量无关。

图7是图5曲面在输入功率方向的投影图，图7的纵坐标表示输出功率的分贝值P_out(dBm)，图7的横坐标表示输出功率的分贝值的扰动量ΔP_out(dB)。图7曲线表明当输出功率的分贝值的扰动量为ΔP_out(dB)在0(dB)～4(dB)变化，其他条件与图5相同时，输出功率的分贝值为一条直线，P_out(dBm)稳定在-2（dBm)，与输出功率的分贝值的扰动量ΔP_out(dB)无关。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.基于虚拟增益电桥的自动增益控制方法，其特征在于，采用电调衰减器作为增益调整器件，按照电调衰减器的控制-衰减特性设计增益控制算法，使增益控制算法产生的控制电压分贝值的改变量恰好等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率的分贝值的改变量，用这个控制电压分贝值的改变量精确控制电调衰减器的衰减调整量，再利用电调衰减器的衰减量的分贝值的调整量与功率分贝值的改变量大小相等、特性相反从而可以相互抵消的原理，使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得高度稳定；所述方法还包括以下步骤：

步骤1：

1)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的输入功率P_in,0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输入功率P_in,0(dBm)；

2)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的信道的所有增益以及所有增益变化的总合增益G_1,0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的G_1,0(dB)；

3)设定电调衰减器的初始衰减量L₀(dB)；

4)设定虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率P_out,0，确定虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率P_out,0(dBm)；

步骤2：

1)计算正常状态下的虚拟增益电桥自动增益控制传递电压k₀，简称AGC传递电压k₀；

2)调整电调衰减器的控制电压v₀，得到电调衰减器的初始衰减量L₀(dB)；

步骤3：

1)计算变化状态下的AGC传递电压k，

2)计算k₀的改变量△k，

3)计算变化状态下的电调衰减器的控制电压v，

4)计算v₀的改变量△v，

5)调整△v，使△v产生初始衰减量L₀(dB)的电调衰减器的衰减调整增量△L(dB)等于虚拟增益电桥自动增益控制系统的dB框图系统的输出功率P_out,0(dBm)的改变量△P_out(dB)；

以上步骤最终实现P_out(dBm)＝P_out,0(dBm)，即使虚拟增益电桥自动增益控制系统的输出功率获得高度稳定。