CN106972837A - 一种实现增益控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种实现增益控制的方法及装置，包括：可变增益放大器(PGA)接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整。其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。本发明实施例实现了通过数字控制电路进行增益控制，满足了增益控制的精度要求。

Description

一种实现增益控制的方法及装置

技术领域

本文涉及但不限于射频通信技术，尤指一种实现增益控制的方法及装置。

背景技术

在无线通信中，可变增益放大器(PGA，programmable Gain Amplifier)是系统中的关键模块。其与信号检测误差放大电路组成的自动增益控制环路(AGC，Automatic GainControl)为后续电路提供恒定的信号功率，防止系统因为信号过小而无法正常工作或者因为信号过大而发生饱和，极大地提高了系统可处理信号的动态范围，同时也有利于后续电路发挥最佳的性能。

可编程增益放大器在全球卫星导航系统(GNSS)的射频接收芯片中主要有以下作用：1、适应不同的外部的有源天线增益的应用；2、可以表明接收的信号中有比较大的干扰信号；3、维持输入到模数转换器(ADC)的模拟中频信号的幅度，以达到最小的量化的损耗信噪比(SNR)。

目前，比较常见的方法是采用模拟的方法实现自动增益控制，主要通过使用电荷泵充放电来实现实时调整环路增益；上述增益控制实现时采用模拟电路提供控制信号，需要基于片外的电容实现，当系统增益控制要求高时，模拟电路存在精度无法达到要求；另外，模拟电路需要增加额外的管脚，用于连接一个外部大电容以实现AGC功能。第二、当输入信号快速变化时，系统适应比较差，严重时会导致反调制现象。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种实现增益控制的方法及装置，能够满足增益控制的精度要求。

本发明实施例提供了一种实现增益控制的方法，包括：

可变增益放大器PGA接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；

将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

其中，所述输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

可选的，所述将放大信号进行模数转换获得数字编码信号包括：

将所述放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的所述数字编码信号；

其中，预设位数包括：2位、4位、或6位。

可选的，所述数字编码信号包括：

采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

可选的，所述可变增益放大器包括开环放大器。

可选的，所述由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度包括：

数字控制电路确定预设时长内的各所述数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为所述增益控制幅度。

可选的，所述数字控制电路包括：

可根据增益精度设定所述第一调整步长和第二调整步长的控制电路。

另一方面，本发明实施例还提供一种实现增益控制的装置，包括：可变增益放大器PGA、模数转换器、增益控制单元；其中，

可变增益放大器用于，接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

模数转换器用于，将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

增益控制单元为数字控制电路，用于根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

其中，所述输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

可选的，所述模数转换器具体用于：

将所述放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的所述数字编码信号；

其中，预设位数包括：2位、4位、或6位。

所述数字编码信号包括：采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

可选的，所述可变增益放大器包括开环放大器。

可选的，所述增益控制单元具体用于，

数字控制电路确定预设时长内的各所述数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为所述增益控制幅度。

可选的，所述数字控制电路包括：

可根据增益精度设定所述第一调整步长和第二调整步长的数字电路。

与相关技术相比，本申请技术方案包括：可变增益放大器(PGA)接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整。其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。本发明实施例实现了通过数字控制电路进行增益控制，满足了增益控制的精度要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例实现增益控制的方法的流程图；

图2为本发明实施例可变增益放大器增益控制部分的结构框图；

图3为本发明实施例实现增益控制的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例实现增益控制的方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤100、可变增益放大器(PGA)接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；

其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

可选的，可变增益放大器包括开环放大器。

图2为本发明实施例可变增益放大器增益控制部分的结构框图，如图2所示，可变增益放大器采用图3基于反馈电阻控制的PGA核心单元实现，可变增益放大器为开环放大器，一般应用在信号频率很高的系统中，由于它没有反馈回路，不会发生震荡；根据反馈理论，闭环增益主要是由其反馈系数决定的，因而通过改变反馈系数就可以控制放大器的增益。该结构可以较为准确的增益控制，由于其增益等于电阻的比值，当增益变化范围达80分贝(dB)时，反馈电阻也要变化10000倍；若最小的反馈电阻是I千(K)，则最大增益时阻值达10兆(M)，如此高的电阻将和放大器负输入端的寄生电容引入额外的极点，可能导致环路的不稳定，且当频率升高时小信号电流部分从输入端的寄生电容流过，从而使增益降低；另外高值电阻会占用很大芯片面积，且难以保证和小电阻匹配的精度，从而影响增益。系统实现时可以通过增加级联级数来增加增益变化范围，两样不失一般性，假设要实现64级的增益控制，具体PGA实现时采用三级的增益控制是比较合理的，即基于该基本结构实现步进精确控制的高动态范围、高线性度的PGA。图2中，假设K1闭合，则可以计算出对应的输出电压(Vout)＝-R1/(R0+R6+R5+R4+R3+R2)*Vin；其中，Vin为输入电压。

步骤101、将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

可选的，本发明实施例将放大信号进行模数转换获得数字编码信号包括：

将放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的数字编码信号；

可选的，本发明实施例预设位数包括：2位、4位、或6位。

需要说明的是，本发明实施例数字编码信号的位数为2位、4位、或6位时，通常本发明实施例被应用与消费类盗汗应用中，在要求较高的场合或者抗干扰的应用场合通常要求位数更多。本发明实施例可以采用ADC_O[i:0]6作为ADC数字编码输出的符号表示，其中i+1(其中i为整数)即表示数字编码信号的位数，位数也在一定程度上表征了ADC转换的精度。

可选的，本发明实施例数字编码信号包括：

采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

步骤102、由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

可选的，由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度包括：

数字控制电路确定预设时长内的各数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为增益控制幅度。

可选的，数字控制电路包括：

可根据增益精度设定第一调整步长和第二调整步长的控制电路。

需要说明的是，本发明实施例可以设置增益控制信号的位数，以GAIN_CTRL[j:0]作为增益控制信号为例，可以根据2的j+1次幂设置增益控制信号的精度，如果增益调整区间相同，精度越高说明第二调整步长越小，即调整过程越精细。由于PGA闭环调整需要适应当输入快速变化时需要尽快将增益调整到所需要值的系统要求，即系统的调整时间要求足够小。这样就需要系统可以实现快速的增益调整算法。本发明实施例采用第一调整步长和第二调整步长相结合的方法，同时兼顾快速收敛和较高精度控制。例如、可以采用6dB作为第一调整步长和0.8dB作为第二调整步长，第一调整步长和第二调整步长可以根据系统增益和精度要求等进行分析设置。

另外，本发明实施例也可以采用其他方式进行增益控制幅度的计算，例如、将累加幅度值直接对第二调整步长进行求余计算，可以直接计算获得增益控制幅度。

假设ADC获得数字编码信号为6位，同时假设输出的编码方式为二进制补码。另外，假设增益控制级数为64级，即GAIN_CTRL[j:0]中的j＝5。并假设第二调整步长为0.8054dB(分贝)，表1为增益控制信号GAIN_CTRL[5:0]取值(增益控制信号的级数)，表中GAIN_CTRL表示不同增益设置对应的输入索引值；GAIN_real表示一种可能实际的系统中，实测的与索引值对应的增益绝对值；Delta_real表示一种可能实际的系统中，实测的相邻的增益绝对值之间的差值；Delta_Ideal表示一种可能理想系统中，目标的相邻的增益绝对值之间的差值；Gain_Ideal表示一种可能理想系统中，目标的与索引值对应的增益绝对值；根据以上假设得到：

表1

步骤103、PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

与相关技术相比，本申请技术方案包括：可变增益放大器(PGA)接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整。其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。本发明实施例实现了通过数字控制电路进行增益控制，满足了增益控制的精度要求。

图3为本发明实施例实现增益控制的装置的结构框图，如图3所示，包括：可变增益放大器(PGA)、模数转换器、增益控制单元；其中，

可变增益放大器用于，接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

可选的，可变增益放大器包括开环放大器。

模数转换器用于，将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

可选的，模数转换器具体用于：

将放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的数字编码信号；

其中，预设位数包括：2位、4位、或6位。

数字编码信号包括：采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

增益控制单元为数字控制电路，用于根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

可选的，增益控制单元具体用于，

数字控制电路确定预设时长内的各数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为增益控制幅度。

可选的，数字控制电路包括：

可根据增益精度设定第一调整步长和第二调整步长的数字电路。

与相关技术相比，本申请技术方案包括：可变增益放大器(PGA)接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整。其中，输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。本发明实施例实现了通过数字控制电路进行增益控制，满足了增益控制的精度要求。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的每个模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种实现增益控制的方法，其特征在于，包括：

可变增益放大器PGA接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；

将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

PGA根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

其中，所述输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将放大信号进行模数转换获得数字编码信号包括：

将所述放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的所述数字编码信号；

其中，预设位数包括：2位、4位、或6位。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字编码信号包括：

采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变增益放大器包括开环放大器。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述由数字控制电路根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度包括：

数字控制电路确定预设时长内的各所述数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为所述增益控制幅度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数字控制电路包括：

可根据增益精度设定所述第一调整步长和第二调整步长的控制电路。

7.一种实现增益控制的装置，其特征在于，包括：可变增益放大器PGA、模数转换器、增益控制单元；其中，

可变增益放大器用于，接收输入信号，对接收的输入信号进行增益放大后，输出放大信号；根据接收到的增益控制信号进行增益调整；

模数转换器用于，将放大信号进行模数转换获得数字编码信号；

增益控制单元为数字控制电路，用于根据获得的数字编码信号计算放大信号的增益控制幅度，并根据计算获得的增益控制幅度生成输出至PGA的增益控制信号；

其中，所述输入信号包括：系统前端接收的射频调制信号，经下变频处理后获得的中频信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述模数转换器具体用于：

将所述放大信号按照预设位数进行模数转换后，获得预设位数的所述数字编码信号；

其中，预设位数包括：2位、4位、或6位；

所述数字编码信号包括：采用符号位和幅度表示的编码信号、二进制编码信号、或补码信号。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可变增益放大器包括开环放大器。

10.根据权利要求7～9任一项所述的装置，其特征在于，所述增益控制单元具体用于，

数字控制电路确定预设时长内的各所述数字编码信号对应的幅度值，将确定的幅度值累加后获得累加幅度值后，判断获得的累加幅度值的取值是否在第一预设区间内；

获得的累加幅度值的取值不在第一预设区间内时，以第一预设区间作为第一调整步长，逐步调整获得取值在第一预设区间内的第一调整幅度值；

获得的累加幅度值或第一调整幅度值的取值在第一预设区间内时，判断累加幅度值或第一调整幅度值的取值是否在第二预设区间内；

累加幅度值或第一调整幅度值的取值不在第二预设区间内时，以第二预设区间作为第二调整步长，逐步调整获得取值在第二预设区间内的第二调整幅度值；

将取值在第二预设区间内的累加幅度值、第一调整幅度值或第二调整幅度值确定为所述增益控制幅度。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数字控制电路包括：

可根据增益精度设定所述第一调整步长和第二调整步长的数字电路。