CN104767541B - 一种接收机快速自动增益控制系统及控制方法 - Google Patents

一种接收机快速自动增益控制系统及控制方法 Download PDF

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一种接收机快速自动增益控制系统及控制方法,该系统包括射频自动增益控制电路和中频自动增益控制电路;射频自动增益控制电路包括与接收机连接的射频检测器,射频检测器的输出端与射频控制器的输入端连接,射频控制器的输出端与接收机连接;中频自动增益控制电路包括与接收机连接的干扰检测器和有用信号检测器,干扰检测器的输出端和有用信号检测器的输出端分别与中频控制器的输入端连接,中频控制器的输出端与接收机连接,中频控制器的输入端还与射频控制器的输出端连接;本发明还公开了该系统的控制方法;本发明能够使零中频和滑动中频接收机在较短前导码时间内快速完成增益控制。

Description

一种接收机快速自动增益控制系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明属于微电子学与固体电子学的射频集成电路设计领域,涉及一种接收机快 速自动增益控制系统及控制方法。
背景技术
[0002]近些年来,无线通信技术的迅速发展极大地促进了社会的进步。诸如智能手机,智 能手环,智能手表等设备已经或正在成为人们日常生活中不可或缺的一部分。此类电子设 备在提供丰富多彩功能的同时,还存在一些亟需解决的问题,其中最具挑战的就是电池续 航能力。受限于电子设备体积的限制,电池的容量往往也受到严格限制,降低电子设备功耗 就变得十分重要。
[0003]无线接收机是上述电子设备实现无线通信功能的关键部分,也是电量消耗的重要 部分。平时的生活经验告诉我们,设备在打开wifi或蓝牙等无线功能后,电池续航会大大降 低。零中频和滑动中频接收机的中频电路工作在基带,相比于其他结构的接收机在降低功 耗方面具有较大优势,所以得到越来越多的研究和应用。
[0004]自动增益控制是无线接收机中不可或缺的功能,可以在接收机收到不同强度的无 线信号时都能自动地检测信号强度并对应地控制增益,以保证接收机的动态范围和灵敏 度。正是由于零中频和滑动中频接收机的中频电路工作在基带,中频信号的波动比较慢,传 统的自动增益控制电路检测信号强度的时间也就不得不成倍增加,进而导致整个自动增益 控制的过程速度大大降低。现有通信协议中定义的数据包结构中往往预留了不同长度的前 导码(preamble),用于完成自动增益控制等功能,进而识别数据包。不同长度的前导码就会 对自动增益控制的速度有不同的要求,以低功耗蓝牙的协议为例,前导码长度为8个比特 (bit),这对自动增益控制提出了严苛的速度要求。
发明内容
[0005]为了克服上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种接收机快速自动 增益控制系统及控制方法,能够使零中频和滑动中频接收机在较短前导码时间内快速完成 增益控制。
[0006]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
[0007] —种接收机快速自动增益控制系统,射频自动增益控制电路和中频自动增益控制 电路;
[0008]所述射频自动增益控制电路包括与接收机连接的射频检测器,射频检测器的输出 端与射频控制器的输入端连接,射频控制器的输出端与接收机连接;所述射频检测器用于 检测射频信号的强度,所述射频控制器根据射频信号强度来控制接收机射频电路的增益; [0009]所述中频自动增益控制电路包括与接收机连接的干扰检测器和有用信号检测器, 干扰检测器的输出端和有用信号检测器的输出端分别与中频控制器的输入端连接,中频控 制器的输出端与接收机连接,中频控制器的输入端还与射频控制器的输出端连接;所述干 扰检测器提取出所接收到的干扰信号,并将干扰信号强度传递给中频控制器,所述中频控 制器还获取有用信号检测器检测的有用信号强度和射频控制器发送的射频增益信息,综合 以上信息控制接收机中频电路的增益。 '
[0010]所述射频检测器为包络检测器、幅度检测器或能量检测器。
[0011 ]上述所述接收机快速自动增益控制系统的控制方法,包括如下步骤:
[0012]步骤1:射频控制器通过射频检测器获取接收机射频信号的强度,并且判断射频信 号强度是否在预期范围内,如果射频信号强度超出了预期范围,则改变射频增益,重复检^ 和判断的过程;如果射频强度达到了预期的范围,则执行下一步; '
[0013]步骤2:中频控制器根据射频控制器发送的射频增益计算理想情况下的中频增益, 然后根据干扰检测器给出的千扰信号强度来调整中频增益;检测接收机模数转换器输出的 中频有用信号强度是否在预期范围内,如果超出了预期范围,则根据中频有用信号强度再 次计算增益,并重复根据干扰强度调整增益的过程;如果中频有用信号强度落在预期范围 内,则自动增益控制过程结束。
[0014]本发明的自动增益控制方法不同于简单的零中频和滑动中频接收机中的增益控 制方法,该发明充分考虑到接收机不同电路模块处的信号频率,尽可能利用高频信号来实 现强度检测,同时利用干扰信号来帮助决策,有效提高了自动控制的速度。具体的,该控制 方法中步骤1利用了射频信号的强度作为判决标准,信号频率很高,所以速度很快;步骤2利 用了干扰信号的强度来协助增益控制,干扰信号的频率高于有用信号频率,速度也得到了 提升。
附图说明
[0015]图1是本发明的快速自动增益控制系统的示意图。
[0016]图2是本发明的一个实施例的电路结构框图。
[0017]图3是本发明的一个实施例的自动增益控制流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例,对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。
[0019]如图1所示,本发明一种接收机快速自动增益控制系统,射频自动增益控制电路和 中频自动增益控制电路;所述射频自动增益控制电路包括与接收机连接的射频检测器,射 频检测器的输出端与射频控制器的输入端连接,射频控制器的输出端与接收机连接;所述 射频检测器用于检测射频信号的强度,所述射频控制器根据射频信号强度来控制接收机射 频电路的增益;所述中频自动增益控制电路包括与接收机连接的干扰检测器和有用信号检 测器,干扰检测器的输出端和有用信号检测器的输出端分别与中频控制器的输入端连接, 中频控制器的输出端与接收机连接,中频控制器的输入端还与射频控制器的输出端连接; 所述干扰检测器提取出所接收到的干扰信号,并将干扰信号强度传递给中频控制器,所述 中频控制器还获取有用信号检测器检测的有用信号强度和射频控制器发送的射频增益信 息,综合以上信息控制接收机中频电路的增益。
[0020] 如图2为本发明实施例的快速自动增益控制接收机的结构框图。该图将零中频和 滑动中频两种结构的接收机融合在一起,避免对两种情况重复介绍。当阴影部分电路(即第 一级混频器和分频器)不存在时,该图适用于零中频接收机,反之,当阴影部分存在时,该图 则适用于滑动中频接收机,下面对于自动增益控制方法的讨论中不再对两者做区分。整个 自动增益控制接收机包括以下模块:天线11、接收机12、本振13、数字基带电路14、射频自动 增益控制电路15和中频自动增益控制电路16。接收机12包括与天线连接的低噪声放大器 121,低噪声放大器121的输出连接第一级下变频器122,第一级下变频器122的输出送入同 相支路I路和正交支路Q路的第二级正交下变频器123,第二级正交下变频器123输出端分别 连接两个支路的前级可编程增益放大器124,前级可编程增益放大器124的输出端分别送入 两个支路的低通滤波器125,低通滤波器125输出端分别连接两路后级可编程增益放大器 126,后级可编程增益放大器126输出端最后分别接入模数转换器127。
[0021]本实施例的快速自动增益控制接收机中重点的两部分即射频自动增益控制电路 15和中频自动增益控制电路16。
[0022]其中,射频自动增益控制电路15有以下几部分:
[0023]射频检测器151,对应图1中的射频检测器。用于检测射频信号的强度,并且把强度 信息传递给射频控制器152。对于不同种类的接收机,该射频检测器可以是包络检测器、幅 度检测器或能量检测器等不同的实现形式。
[0024]射频控制器lf52,对应图1中的射频控制器。根据射频信号的强度做出合理决策,改 变接收机射频电路的增益,以优化射频前端电路的噪声系数和线性度。决策的方法往往有 很多种,比如二进制逼近,对数逼近或线性逼近等,逼近的步长等也有不同,该发明对此处 决策方法的实现细节不做限定。射频控制器也会将射频增益信息传递给中频控制器协助中 频决策。
[0025]中频自动增益控制电路16有以下几部分:
[0026]高通滤波器161,用于把中频信号中的中频干扰信号提取出来,把有用信号滤除。 滤波器的截止频率取决于中频有用信号的带宽。
[0027]中频检测器162,用于检测被提取出中频干扰信号的强度,并把强度信息传递给中 频控制器。类似于射频检测器,对于不同种类的接收机,该中频检测器可以是包络检测器、 幅度检测器或能量检测器等不同的实现形式,此处不做限定。此处的高通滤波器和中频检 测器两者对应实现图1中干扰检测器的功能。
[0028]中频控制器163,同时获取射频增益的控制信息、中频干扰信号强度信息和模数转 换器输出的有用信号强度信息,综合决策并改变中频增益,以优化中频电路的噪声和线性 度性能,对应图1中频控制器。由于此实施例中,有用信号的信息可以直接通过模数转换器 输出得到,无需对应图1中有用信号检测器的电路模块,但是在其他的实施例中是可能需要 额外电路来检测有用信号的。
[0029]图3给出了该实施例中自动增益控制方法的流程,下面做进一步介绍。
[0030]步骤1:射频控制器通过射频检测器获取接收机射频信号的强度,并且据此判断信 号强度是否在预期范围内。如果射频信号强度超出了预期范围,则改变射频增益,重复检测 和判断的过程;如果射频强度达到了预期的范围,则执行下一步;
[0031]步骤2:中频控制器根据射频控制器发送的射频增益计算理想情况下的中频增益, 然后根据中频检测器给出的干扰信号强度来调整中频增益;检测接收机模数转换器输出的 中频有用信号强度是否在预期范围内,如果超出了预期范围,则根据中频有用信丹 次计算增益,并重复根据干扰强度调整增益的过程;如果中频有用信号强度落在预期范围 内,则自动增益控制过程结束。 _
[0032]在不同的应用需求中,上述自动增益控制流程可能只需要单次执行,可能需要间 歇重复执行,也可能需要连续重复执行,甚至在一些应用中在不同的阶段采用不同的自动 增益控制流程。应当指出,对于不脱离该发明技术原理的前提下,改变该方法的重复次数以 及将该方法与其他方法分时段拼接的改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种接收机快速自动增益控制系统的控制方法,所述控制系统包括射频自动增益控 制电路和中频自动增益控制电路; 所述射频自动增益控制电路包括与接收机连接的射频检测器,射频检测器的输出端与 射频控制器的输入端连接,射频控制器的输出端与接收机连接;所述射频检测器用于检测 射频信号的强度,所述射频控制器根据射频信号强度来控制接收机射频电路的增益; 所述中频自动增益控制电路包括与接收机连接的干扰检测器和有用信号检测器,干扰 检测器的输出端和有用信号检测器的输出端分别与中频控制器的输入端连接,中频控制器 的输出端与接收机连接,中频控制器的输入端还与射频控制器的输出端连接;所述干扰检 测器提取出所接收到的干扰信号,并将干扰信号强度传递给中频控制器,所述中频控制器 还获取有用信号检测器检测的有用信号强度和射频控制器发送的射频增益信息,综合以上 信息控制接收机中频电路的增益; 其特征在于:所述控制方法包括如下步骤: 步骤1:射频控制器通过射频检测器获取接收机射频信号的强度,并且判断射频信号强 度是否在预期范围内,如果射频信号强度超出了预期范围,则改变射频增益,重复检测和判 断的过程;如果射频强度达到了预期的范围,则执行下一步; 步骤2:中频控制器根据射频控制器发送的射频增益计算理想情况下的中频增益,然后 根据干扰检测器给出的干扰信号强度来调整中频增益;检测接收机模数转换器输出的中频 有用信号强度是否在预期范围内,如果超出了预期范围,则根据中频有用信号强度再次计 算增益,并重复根据干扰强度调整增益的过程;如果中频有用信号强度落在预期范围内,则 自动增益控制过程结束。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于:所述射频检测器为包络检测器、幅度 检测器或能量检测器。
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