CN109428617A

CN109428617A - 用于在接收机中执行自动增益控制的系统、装置和方法

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Publication number: CN109428617A
Application number: CN201811011233.6A
Authority: CN
Inventors: G.阿斯兰; 李文涛
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2019-03-05
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: CN109428617B; US10230345B1; US20190068153A1

Abstract

本公开涉及用于在接收机中执行自动增益控制的系统、装置和方法,在一个示例中，接收机包括：低噪声放大器（LNA），用于接收和放大射频（RF）信号，LNA具有第一可控增益；混频器，用于将RF信号下变频为中频（IF）信号；可编程增益放大器（PGA），其耦合到混频器，用于放大IF信号，PGA具有第二可控增益；数字化器，用于将IF信号数字化为数字化信号；数字信号处理器（DSP），用于处理数字化信号；第一检测器，用于输出响应于在第一检测时段期间IF信号超过第一阈值而具有第一值的第一检测信号；和控制器，用于响应于第一检测信号来动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

Description

用于在接收机中执行自动增益控制的系统、装置和方法

背景技术

在无线电接收机中，通常通过天线接收传入的射频（RF）信号。然后，在接收机的信号处理路径中处理该信号。一般的接收操作包括放大、滤波、下变频和数字化，从而产生然后可以对其进行数字处理（诸如针对特定调制技术的解调）的数字化信号。

许多接收机包括多个放大器或其他增益组件。可以控制这些增益组件中的至少一些。虽然已知许多增益控制技术，但是这样的技术可能遭受各种削弱，包括复杂性和处理困难。在某些技术中的困难的一个原因是依赖于接收信号强度指示符（RSSI）信息，该信息仅在信号的数字处理之后可用，其继而可能导致更新增益组件的延迟，这可能不利地影响接收机操作。

发明内容

在一个方面中，一种接收机包括：低噪声放大器（LNA），用于接收和放大射频（RF）信号，LNA具有第一可控增益；混频器，用于将RF信号下变频为中频（IF）信号；可编程增益放大器（PGA），其耦合到混频器以放大IF信号，PGA具有第二可控增益；数字化器，用于将IF信号数字化为数字化信号；数字信号处理器（DSP），用于处理数字化信号；和第一检测器。在示例中，第一检测器可以输出：第一检测信号，其响应于在第一检测时段期间IF信号超过第一阈值而具有第一值；第二检测信号，其响应于在第二检测时段期间IF信号超过第二阈值而具有第一值（其中该第二阈值小于第一阈值）；和第三检测信号，其响应于超过第一阈值的IF信号的采样而具有第一值。接收机还可以包括控制器，用于响应于第一检测信号、第二检测信号和第三检测信号中的一个或多个来动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

控制器还可以基于从DSP获得的接收信号强度指示信息来动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。接收机还可以包括第二检测器，用于输出响应于在第三检测时段期间RF信号超过第三阈值而具有第一值的第四检测信号。接收机还可以包括被耦合以从天线接收RF信号的无源增益网络，其中控制器还用于基于第四检测信号来更新无源增益网络的增益设置。控制器可以在与对无源增益网络增益设置的更新的相反方向上进一步更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。控制器可以禁用第二检测器以降低功耗。控制器可以响应于第二检测信号响应于在第二检测时段期间IF信号不超过第二阈值而具有第二值来在第一方向上动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。控制器可以响应于第一检测信号响应于在第一检测时段期间IF信号不超过第一阈值而具有第二值来在第一方向上动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。控制器还可以基于在第一检测时段期间具有第一值的第三检测信号的实例的数量来维持计数。

在示例中，控制器可以被配置成：基于计数来访问转换表以获得增益步长（step）的数量；和基于增益步长的数量来访问存储装置以确定LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。控制器可以响应于计数达到最大值来在第一检测时段的结束之前动态地更新增益设置。控制器可以响应于在数字化信号内的帧的检测而禁用动态更新。

在另一方面中，至少一种计算机可读存储介质包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够执行以下操作：在分组通信的开始时，为接收机的多个增益组件设置最大增益设置；和在分组通信的前导码部分期间，响应于以下情况而减小用于多个增益组件中的一个或多个的增益设置：计数值超过第一计数阈值，计数值对应于超过第一阈值的第一检测时段内的分组通信的采样的数量；和锁存的输出信号指示在第一检测时段内分组通信超过了第一阈值（如果计数值没有超过第一计数阈值的话）。

在示例中，存储介质还包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够基于计数值来访问转换表以确定用于增益设置减小的增益步长的数量。指令还可以使得系统能够访问第一调度以标识用于多个增益组件中的一个或多个的更新的增益设置。另外，指令还可以使得系统能够响应于第二锁存的输出信号指示在第二检测时段内分组通信超过了第二阈值来减小用于多个增益组件中的第一增益组件的增益设置。

在另一方面中，一种装置包括：RF前端电路，用于接收和处理RF信号，RF前端电路具有第一可控增益；下变频器，用于将RF信号下变频为第二频率信号；可编程放大器，其耦合到下变频器以放大第二频率信号，可编程放大器具有第二可控增益；数字化器，用于将第二频率信号数字化为数字化信号；DSP，用于处理数字化信号；第一检测器，用于输出响应于超过第一阈值的第二频率信号的采样而具有第一值的第一检测信号；第一计数器，用于维持具有第一值的第一检测信号的数量的计数；和控制器，用于响应于计数在第一计数阈值以下来在第一方向上动态地更新RF前端电路和可编程放大器中的至少一个的增益设置，并且响应于计数超过第二计数阈值来在第二方向上更新RF前端电路和可编程放大器中的至少一个的增益设置。

在示例中，控制器用于至少部分地基于计数来访问第一调度，以确定增益设置更新。该装置还可以包括第二检测器，用于输出响应于RF信号超过第二阈值而具有第一值的第二检测信号。控制器可以至少部分地基于具有第一值的第二检测信号来访问第二调度，以确定对RF前端单元的增益设置的进一步更新。

附图说明

图1是根据实施例的接收机的框图。

图2是根据实施例的接收机的各种增益级的示意图。

图3是根据实施例的方法的流程图。

图4A-4D是根据另一实施例的方法的流程图。

图5是根据实施例的检测电路的框图。

图6是包括本文所描述的接收机的集成电路的框图。

具体实施方式

在各种实施例中，向接收机提供用于以快速更新接收机的各种增益组件的增益设置的方式执行自动增益控制（AGC）操作使得所传送的信息不会丢失的技术。更具体地，实施例可以用于范围广泛的通信协议的接收机中，其中AGC组件更新可以在分组通信的前导码部分内发生，使得增益设置可以在分组的实际有效载荷数据的通信之前被更新和最终化。作为示例，诸如蓝牙（Bluetooth）^TM、无线个域网（Zigbee）^TM之类的基于分组的协议以及许多其他物联网（IoT）协议可以利用实施例。实施例还可以适用于恒定幅度调制信号（诸如频移键控（FSK）、高斯频移键控（GFSK）、偏移正交频移键控（OQPSK）、二进制相移键控（BPSK）、开关键控（OOK）、幅移键控（ASK）、最小移位键控（MSK））和其他亚千兆赫兹（GHz）IoT标准的接收机。

在本文描述的特定示例中，可以使用增益回退技术，其中利用为接收机的多个增益组件提供最大增益的最大增益设置开始增益控制过程，并且基于所测量的信号电平来选择性地将这些增益设置中的一个或多个减小到其他值。在实施例中，本文描述的AGC技术可以使用从接收机的射频（RF）和中频（IF）部分内的功率检测器获得的信号信息来主要执行增益组件的增益控制。然后，仅可选地，可以使用从经数字处理的信号信息获得的接收信号强度指示符（RSSI）信息来（潜在地）微调增益组件中的一个或多个。

在实施例中，AGC技术可以被适配成在实际有效载荷开始之前在分组到达时确立。在过程的结束时，增益通常被确立为在其处所需信噪比（SNR）（诸如由接收机制造商指定的SNR或由给定通信协议指定的SNR）满足几分贝（dB）的盈余的最小电平。以这种方式，接收链的动态范围被最大化，并因此如果相对强的阻塞体（blocker）在期望数据的接收期间到达则防止接收机信道的饱和。与实施例相比而言，常规的AGC算法使用RSSI信息来驱动增益控制。然而，因为信号通过包括数字部分（包括数字信道滤波器）的完整接收机链，所以在增益改变之后的RSSI的确立就比较慢。此外，阻塞体位置的可见性及其电平在RSSI读数中很低。

在实施例中，AGC技术向AGC控制器提供多个输入，即从RF和IF功率检测器提供。该信息包括锁存的信息，以标识在接收机的RF和IF部分中是否超过了一个或多个阈值电平。除了用于标识阈值穿越或跳越的该锁存的信息之外，至少IF功率检测器还可以提供信息以获得基于计数器的信息，来标识给定检测时段内超过对应阈值的采样的数量，以提供关于潜在饱和的更多信息。利用来自多个源的该传入的信息，AGC控制器可以使用多个半独立增益调度来操作，以灵活地控制接收机链的各个点处的多个增益级的增益设置。

不同的控制实现是可能的。在一些情况下，来自RF功率检测器的信息可以用于仅控制前端无源网络的增益设置。在其他情况下，这样的增益控制也可以与例如在相反方向上的接收机的附加增益组件的增益设置的对应控制相结合，使得信号质量不被削弱。也就是说，可以通过在一个方向上控制基于RF的增益组件（诸如无源网络）的增益设置（例如，减小无源网络的增益设置）而同时更新一个或多个基于IF的增益组件的增益设置（例如，增大一个或多个增益设置）来重新平衡增益。以这种方式，遥远的阻塞体可以具有对RF电平处的给定RF信号的接收和处理的较小影响，而IF部分内增加的附加增益控制继而可以使得能够看到和处理期望的IF信号。又此外，使用来自IF功率检测器的信息，可以实现对接收机的前端无源网络和附加增益组件两者的增益控制。以这种方式，可以使用不同的输入流来控制接收机的相同增益组件。

在一些实施例中，可以减慢或停止AGC更新的速率以避免各种不期望的影响，包括同信道干扰、滞后问题和振荡事件。在一些实施例中，诸如传入的数据通信的有效载荷部分（例如，帧、期望信号等）的检测之类的某些触发可以用作对该可控AGC频率控制和/或禁用的触发。此外，使用如本文描述的提供锁存信息和基于计数器的信息两者的IF功率检测器，可以解决所谓的盲点问题，其中基于计数器的技术可能不能检测到阻塞频率处的阻塞体信号。

实施例还可以通过甚至在基于计数器的信息超过给定阈值时的给定检测时段期间更新一个或多个增益控制设置来提供快速增益确立。又此外，可以通过提供灵活的增益调度来实现增强的接收机性能。也就是说，与许多常规AGC技术相比而言，不同增益组件的增益控制可以以灵活的方式发生。例如，可以在不首先耗尽最下游增益组件的增益控制的情况下更新接收机的不同部分中的增益组件。作为示例，这种灵活的调度可以使得增益设置在从最下游的增益组件开始并从其向上移动的向上游的方向上更新，然后在另一个方向上继续进行以得到附加的增益设置改变。以这种方式，可以改善选择性性能。

此外，为了功率管理考虑，可以动态地控制RF功率检测器的启用。在一些情况下，该控制可以基于可用的功率源和/或阻塞体的存在，其可以使用来自RF功率检测器的信息被更适当地检测。

现在参考图1，示出了根据实施例的接收机的框图。如图1所示，接收机1是具有输入节点的无线电接收机。在各种实施例中，输入节点5（其可以是包括接收机的集成电路（IC）的输入引脚）从给定天线接收传入的RF信号（RFin）。如所见，RF信号被提供给衰减器10。在实施例中，衰减器10可以被实现为无源增益网络，例如包括电感器（L）以及并联耦合的电容（C）和电阻（R）。在不同的实施例中，可以动态地控制这些RLC组件中的一个或多个以控制衰减的量，使得衰减器10被认为是接收机1的增益组件之一。注意，衰减器10构成接收机1的第一增益控制区域12。虽然实施例在这方面不受限制，但是在一个特定实施例中，衰减器10可以提供约26dB的可控增益范围（例如，每次更新具有2dB步长）。在一个实施例中，可以动态地控制电阻R以调整第一增益控制区域12的增益设置。

在衰减器10中的任何衰减之后，将RF信号提供给低噪声放大器（LNA）20。在LNA 20中放大之后，将RF信号提供给混频器30。在各种实施例中，混频器30可以将RF信号下变频为IF信号。要理解，如本文使用的，术语“中频”和“IF”用于指代从RF电平下变频到较低频率的信号，并且包括IF、低IF和零IF信号。注意，LNA 20、混频器30构成接收机1的第二增益控制区域22。虽然实施例在这方面不受限制，但是在一个特定实施例中，第二增益控制区域22（并且在一些情况下具体为LNA 20）可以具有约18dB的可控增益范围（例如，具有2dB步长）。

在衰减器10中衰减之后的RF信号还被提供给第一功率检测器15，第一功率检测器15操作为宽带检测器，以将从衰减器10输出的RF信号的功率与第一阈值（Pth1）进行比较。在特定实施例中，第一功率检测器15可以被实现为RMS功率检测器。当RF信号电平超过该阈值时，功率检测器15输出有效的检测信号RFpkd，其在实施例中可以是锁存信号，使得当经由跳越设置时保持设置直到其被可控地重置。如所见，该检测信号被发送到AGC控制器80，其细节在下面描述。虽然实施例在这方面不受限制，但是在一个特定实施例中，该第一阈值Pth1可以被设置在约-15dBm处。当然，在其他实施例中其他值是可能的。

仍然参考图1，混频器30的输出被提供给可编程增益放大器（PGA）40。在所示的实施例中，PGA 40构成第三增益控制区域42。虽然实施例在这方面不受限制，但是在一个特定实施例中，第三增益控制区域42可以具有20dB的可控增益范围（例如，具有2dB步长）。

注意，从PGA 50输出的IF信号被提供给数字化器，即，模数转换器（ADC）60。如进一步所图示，该IF信号还被提供给另一个功率检测器55，其在所示的实施例中是IF功率检测器。在一个实施例中，IF功率检测器55可以被实现为峰值检测器。功率检测器55操作为窄带检测器，以将该IF信号功率与包括低阈值（Pth2）和高阈值（Pth3）的多个阈值进行比较。在一个实施例中，该第二阈值Pth2可以被设置在约-3.0dBm处。在一个实施例中，该第三阈值Pth3可以被设置在约-0.5dBm处，不过当然其他值是可能的。注意，在其他实施例中，功率检测器55可以仅利用用于比较的单个阈值来实现，如下面进一步描述的。与上面的讨论一样，当IF信号电平超过给定阈值时，功率检测器55将有效的检测信号IFpkd_1,2输出到AGC控制器80。在实施例中，这些有效的检测信号中的一个或多个可以是如上所述的锁存信号。另外，功率检测器55还可以向AGC控制器80提供附加的检测信号。每当IF信号的采样超过高阈值时，这些检测信号可以是从功率检测器55发送到AGC控制器80的有效检测信号。更具体地，在诸如作为复合接收机实现的接收机1之类的接收机中，当对应的I或Q采样超过高阈值时，可以按每个采样发送有效检测信号。

仍然参考图1，ADC 60的数字化输出（Dout）被提供给数字信号处理器（DSP）70。在实施例中，可以控制ADC 60以提供少量的衰减，这可以用作AGC算法中的最后手段。如所图示，可以在信道滤波器75中执行信道滤波。此外，DSP 70可以分析经信道滤波的输出以确定RSSI信息，如本文所述，在某些情况下RSSI信息可以用于执行一个或多个增益组件的微调。DSP 70还可以数字地处理和输出经处理的数据。

在实施例中，AGC控制器80可以被实现为专用微控制器或其他可编程硬件控制电路（诸如可编程逻辑）。在其他情况下，AGC控制器80可以使用其他硬件电路、固件、软件和/或其组合来实现，以基于从功率检测器15和55检测到的输出来控制接收机1内的各种增益组件的增益设置。此外，要理解，AGC控制器80可以在小的时间窗口内（例如，完全在数据通信的前导码部分内）高效地执行该增益控制，使得不会丢失通信的有效载荷数据。

如进一步所图示，AGC控制器80包括存储装置85，其在实施例中可以被实现为非易失性存储装置或其他非暂时性存储介质。非易失性存储装置85可以存储包括多个条目的一个或多个表，每个条目存储为接收机1的各种增益组件提供增益设置更新的调度。因此，在增益控制器80的控制之下，所选择的一组设置可以被访问并用于更新接收机1内的对应增益组件的增益设置。

现在参考图2，示出了根据实施例的接收机的各种增益级的示意图。如图2所示，接收机1通常可以对应于图1的接收机1。在该图示中，示出了接收机1内的各种增益级的进一步细节。如所见，传入的RF信号经由天线6被接收，并经由片上连接5（诸如引脚）耦合到接收机1。传入的RF信号被提供给无源增益网络10，其在实施例中可以被实现为具有对应的电感、电容和可控电阻R0的RLC网络。

无源增益网络10的输出被提供给LNA 20，其可以具有可编程增益。电阻R1耦合在LNA 20的输出和参考电压节点（例如，接地）之间。继而，由LNA 20输出的经放大的RF信号被提供给混频器30。在所示的实施例中，混频器30可以被实现为多个并联开关S₁-S_N。在一个示例中，开关S₁-S_N可以被实现为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。每个开关可以由对应的时钟信号CLK₁-CLK_N控制，时钟信号CLK₁-CLK_N因此用作例如给定的本地振荡器（LO）频率处的混频信号。如进一步所示，对应的电容器C1-Cn耦合在对应的开关S₁-S_N的输出和参考电位节点之间。

因此，混频器30的输出是例如给定的IF电平处的经下变频的信号。继而，该IF信号可以在可编程增益放大器（PGA）40中被放大，该可编程增益放大器包括串联电阻R2和由并联耦合在PGA 40的输入和输出之间的电阻器R3和电容器C_X形成的并联RC网络。继而，由PGA40输出的该IF放大信号被提供给ADC转换器60，其在实施例中可以被实现为Δ-Σ转换器。注意，在一些实施例中，可以在ADC 60内实现可编程量的增益。例如，增益的微调可以通过ADC 60的适当控制来发生。

现在参考下面的表1，示出了用于接收机1的各种增益级的增益范围的表示。要理解，虽然为了说明的目的示出有这些特定值，但是不同的增益值、范围和步长大小可以发生在其他实施例中。

表1

	无源网络	LNA/混频器	PGA	ADC
					最大增益（dB）	12	18	26	0
最小增益（dB）	-14	0	6	-6
					范围（dB）	26	18	20	6
步长大小（dB）	2	2	2	2

在实施例中，可以提供多个调度，所述多个调度提供对接收机的特定增益组件的可选择控制。继而，AGC控制器或其他控制电路可以被配置成基于来自多个输入的信息（诸如上述的基于RF和IF检测器的信息）来访问这些调度。在一些实施例中，可以提供第一调度以用于独立控制接收机的RF电路内的一个或多个增益组件（例如，无源网络）。更具体地，来自RF检测器的信息可以用于访问该第一调度并且执行用于这样的RF增益组件的增益设置的对应控制。另外，可以提供第二调度以用于独立控制接收机的IF电路内的一个或多个增益组件（并且还潜在地是LNA和无源网络）。更具体地，来自IF检测器的信息可以用于访问该第二调度并执行用于各种增益组件的增益设置的对应控制。

现在参考表2，示出了根据实施例的无源网络的增益调度的表示。更具体地，如表2所示，无源网络增益设置的控制基于RF功率检测器的输出。所示的调度将RF AGC索引与对应的无源网络索引相关。在所示的实施例中，提供了线性映射。如所见，RF AGC索引中的每个增量（例如，从1到2）是从最大增益设置朝向最小增益设置的增益设置的对应减小。在实施例中，每个步长（RF AGC索引）提供2dB增益步长改变（使得由无源网络索引表示的实际增益重定向是所示的值的2倍）。例如，从RF AGC索引9到RF AGC索引10的遍历对应于用于无源网络的增益设置减小2dB。

现在参考表3，示出了根据基于IF功率检测器输出的实施例的IF（和RF）组件的增益调度的示例格式。更具体地，如表3所示，用于各种增益组件的增益设置的控制基于IF功率检测器的输出。所示的调度将IF AGC索引与用于各种增益组件的对应增益索引相关。如所见，更大范围的索引是可能的（即IF AGC索引可以从索引1增长至索引35）。继而，对于任何单个步长（假设按步长前进），仅单个增益组件使其增益设置被改变。具体如所示，对于第一数量的增益步长，可以基于给定的PGA索引来控制PGA。此后，LNA/混频器组件可以使其增益设置被控制。接下来，无源网络可以使其增益设置被更新。此后，对于附加的增益步长，LNA混频器、此后为PGA、然后最终为ADC可以使其增益设置被更新。因此，如所图示，代替在移动到LNA/混频器上（并且类似地从LNA/混频器到无源网络）之前使PGA的增益控制饱和，增益改变以混合型（swizzling-type）方式灵活地发生到不同的增益组件。AGC调度的这种灵活性可以提供改善的接收机性能。要理解，虽然在表2和3中示出有特定索引和对应的增益设置，但是为了说明的目的提供了这样的调度，并且可以在不同的实施例中提供各种各样的特定增益调度。

现在参考图3，示出了根据实施例的方法的流程图。更具体地，图3中所示的方法300是用于使用如本文描述的AGC控制器来控制接收机的各种增益组件的增益设置的方法。更具体地，方法300以高级别示出，以用于考虑基于来自RF和IF检测器的信息对各种增益设置的更新。然而，注意，根据实施例的AGC算法可以包括许多附加功能，包括提供和更新与检测时段、计数值等相关联的多个计数器，它们未在图3的这个高级别示出。方法300可以通过硬件电路、固件、软件和/或其组合来执行。

如所图示，方法300通过确定RF检测器是否已经跳越（即已经穿越给定阈值）（菱形框310）而开始。或者在其他情况下，该确定可以是RF检测器何时已经针对N个连续采样跳越。此外，确定第一增益级（即无源网络）设置是否处于大于最小值的设置。如果是，则控制转到框315，在其中该第一增益级的增益可以根据第一调度（以及可选地第二调度）而减小预定量。注意，该第一调度是基于RF检测器的调度，诸如表2所示，而可选的第二调度是基于IF检测器的调度，诸如表3所示。虽然实施例可以变化，但在特定实施例中，增益减小的该预定量可以是6dB增益减小。为此，利用表2的线性映射，可以发生三个索引位置的改变（例如，从索引2到索引5），以使得对应的增益设置减小6dB。

仍然参考图3，作为代替，如果确定不存在RF检测器的跳越（或者第一增益级处于其最小设置），则控制转到菱形框320，以确定高时段是否已经完成或高计数器值是否等于最大值。该高时段可以是在其处分析IF峰值检测器高阈值输出的给定检测时段。高计数器是对超过高阈值的该高时段内的采样的数量进行计数的计数器。如果在菱形框320处的确定是表示肯定，则控制转到菱形框325，以确定高计数器的值是否大于阈值。在一个实施例中，该阈值可以是零值，使得菱形框325处的确定是IF检测器是否检测到超过高阈值的至少一个采样。如果是，则控制转到框330，在其中可以基于高计数器值和转换表来确定用于减小的增益步长的数量。更具体地，可以提供转换表以使得能够实现高计数器值和增益步长的对应数量之间的非线性映射。在一个实施例中，转换表可以与下面的表4相一致。因此，参考表4，假设高计数器值为5，可以确定四个增益步长。在框330处的该确定之后，控制转到框335，在其中可以根据第二调度基于确定的增益步长的数量来减小一个或多个增益级的增益。因此，取决于当前IF AGC索引在调度中的位置以及要发生的增益步长的数量，PGA、LNA/混频器和无源网络（以及可选地ADC）中的一个或多个可以使其增益设置被更新。

表4

计数值	步长
		6	6
5	4
		4	2
1	1

仍然参考图3，如果在菱形框325处确定高计数器值不大于阈值，则控制转到菱形框340，以确定IF检测器在检测时段期间是否跳越高阈值。在实施例中，在IF检测器的单次跳越时，意味着所采样的IF信号超过高阈值，锁存的输出被设置。如果该IF检测器如在菱形框340处确定的那样跳越高阈值，则控制转到框345，在其中给定的一个或多个增益级可以使其增益根据第二调度减小一个步长。并且仍然参考图3，作为代替，如果IF检测器在检测时段期间没有跳越高阈值，则在该路径中不发生增益更新。

仍然参考图3，控制转到菱形框350，以确定低时段是否已经完成。该低时段可以对应于在其处分析IF检测器低阈值输出的检测时段。此外，在菱形框350处，确定IF检测器是否没有跳越低阈值。因此，如果检测时段已经完成并且没有低阈值的跳越，则控制转到框360，在其中一个或多个增益级的增益可以根据第二调度增大一个步长。否则，对于该低检测时段，不发生增益更新。在其他情况下，该确定可以是IF检测器是否在N个连续低时段内没有跳越低阈值。要理解，虽然在图3的实施例中以该高级别示出，但是许多变化和替代方案是可能的。

例如，在其他实施例中，代替利用来自将信号电平与多个阈值进行比较的检测器的信息，可以基于使用单个阈值的信息来执行AGC控制。作为一个这样的示例，假设IF检测器利用用于比较的单个阈值来实现。在该示例中，可以针对超过该阈值的给定检测时段内的采样的数量维持计数。然后，控制可以基于该计数值是否在期望的窗口内。例如，可以提供多个计数阈值，诸如低计数阈值和高计数阈值。在检测时段的结束时，可以确定超过单个阈值的IF检测信号的计数是否在这两个阈值内。如果是，则不发生增益控制更新。否则，取决于计数是在低计数阈值以下还是在高计数阈值以上而在两个方向中的一个上执行增益控制更新。在一个特定示例中，假设低计数阈值是3并且高计数阈值是10。如果在检测窗口期间检测器标识至少三个采样在单个阈值以上但是少于十个采样在该相同阈值以上，则不发生增益更新。如果作为代替计数在3以下或在10以上，则发生增益更新。

现在参考图4A-4D，示出了根据另一实施例的方法的流程图。更具体地，该流程图示出了用于执行AGC操作的详细方法，AGC操作包括控制与各种检测时段相关联的计数器和用于检测到在给定阈值之上的采样的检测计数器。在实施例中，图4A-4D中所示的方法可以由AGC控制器执行，如上所述。图4A中所示的方法400的部分主要涉及控制IF检测时段（即低和高IF检测时段）以及更新高计数器（如果IF检测信号超过高阈值）。

如所图示，方法400通过确定是否存在过先前增益改变或高时段是否等于零（意味着用于IF检测器的高阈值检测时段已经完成）（菱形框410）而开始。如果是这种情况，则控制转到框415，在其中高时段被设置为预定值（例如，N）。注意，如果菱形框410处的确定是表示否定，则作为替代在框420处递减高时段。

仍然参考图4A，控制接下来转到菱形框425，在其中确定是否存在过先前增益改变或低时段是否等于零（意味着用于IF检测器的低阈值检测时段已经完成）。如果是这种情况，则控制转到框430，在其中低时段被设置为预定值（例如，K，其可以被设置为比N（高时段）更大的值）。注意，如果菱形框425处的确定是表示否定，则作为代替在框435处递减低时段。

接下来，控制转到菱形框440，在其中确定任何增益是否已经改变或高时段是否为零。如果是，则控制转到框445，在其中高计数器被重置为零，该高计数器是对IF高检测时段内超过IF高阈值的IF采样的数量进行计数的计数器。因此，用于接下来的IF高检测时段的新计数可以从该重置电平开始。如果作为代替在菱形框440处没有增益改变或者没有检测到高时段重置，则控制转到菱形框450，在其中确定IF检测器高锁存输出是否被设置并且IF确立计数器是否为零值。注意，该IF确立计数器表示IF部分中的增益改变之后的持续时间的值，在所述IF部分中，将不发生基于IF检测的分析，因为先前增益改变仍然在接收机中确立。如果菱形框450处的确定是表示肯定的，则在框455处递增高计数器值。

仍然参考图4A，接下来在菱形框460处确定是否有任何增益已经改变。如果是，则在框465处，可以将IF确立计数器设置为预定值（例如，M）。否则，如果在菱形框470处确定IF确立计数器超过零，则在框475处发生IF确立计数器的递减。

现在参考图4B，一般地示出了进一步的计数器控制和更新操作，以及IF检测器（更具体地，IF检测器的低锁存输出）的可能重置。因此，如图4B所图示，控制接下来转到菱形框510以确定低时段是否已达到其对应于低检测时段的持续时间的最大值附近。如果是，则控制转到框515，在其中IF检测器低锁存输出被重置。此后，如果在菱形框520处确定低时段处于K-1的值，则发生IF检测器低锁存输出重置的释放。因此，从这一点向前，穿越低阈值的IF信号的检测使得该锁存输出信号再次被设置。

仍然参考图4B，接下来在菱形框530处确定无源网络增益是否已经改变。如果是，则将RF确立计数器设置为最大值（例如，R）（框535）。作为代替，如果确定不存在无源网络增益改变并且RF确立计数器大于零（如在菱形框540处所确定的），则控制转到框545，在其中递减RF确立计数器。

接下来，在菱形框560处确定是否已经存在增益改变。如果是，则在框565处将慢循环确立计数器设置为其最大值（例如，P）。慢循环用于基于RSSI信息执行微调更新。注意，该慢循环确立计数器可以被设置为比其他确立计数器大得多的值，因为导致更新的RSSI信息的通过接收机链解决的用于增益改变的确立时间比用于接收机前端增益组件确立的时间长得多。

仍然参考图4B，如果在菱形框570处确定慢循环确立计数器大于零，则在框575处递减该计数器。控制接下来转到图4C。

具体地，图4C是其中（基于确立计数器值）可以发生IF和RF检测器从重置释放的增益控制算法的另外的部分。更具体地，在菱形框580处，确定RF确立计数器是否处于其完成附近的值（例如，1）。如果是，则控制转到框585，在其中RF检测器从重置释放，使得它可以在检测到超过RF阈值的RF采样时再次提供锁存输出。在菱形框590处，确定IF确立计数器是否处于其完成附近的值（例如，1）。如果是，则控制转到框595，在其中IF检测器低和高锁存输出两者都从重置释放，使得它们可以在检测到超过相关IF阈值的IF采样时再次提供锁存输出。

注意，在方法400的这一点处，已经采取了许多基于计数的和准备的动作，使得用于执行各种增益更新的主控制循环可以继续进行。现在参考图4D，示出了AGC算法中的另外的操作。具体地，如图4D所见，在菱形框610处，确定RF检测器是否被锁存到高值以及无源网络增益设置是否大于其最小增益。在实施例中，此时可以发生附加的可选确定，包括是否启用RF增益控制。假设所有这些确定都表示肯定的，则控制转到菱形框612，在其中确定RF确立计数器是否处于零值。如果是，则控制转到框615，在其中无源网络增益可以减小预定量。在一个实施例中，该预定量是6dB。此外，在框615处，如果此时增益被改变，则可以重置检测器（RF和IF两者）。

仍然参考图4D，接下来在菱形框616处确定LNA和PGA是否未处于其最大增益电平并且IF检测器高阈值是否已经被穿越（如由来自IF检测器的高锁存输出所确定的）。如果是这种情况，则控制转到框618，在其中LNA或PGA增益可以被增大预定量。另外，IF和RF检测器可以被重置。注意，对这些IF增益组件的该增大可以与上面在框615中执行的无源网络的增益的减小处于相同和相反的方向上。以这种方式，可以确保即使在RF增益减小的情况下，也在接收机的IF部分中存在足够的信号强度以妥当地执行接收操作。

仍然参考图4D，控制从菱形框610继续进行到菱形框620，以确定IF确立计数器是否处于零值。如果是，则控制转到菱形框625以确定高时段是否被完成（即，处于零值）或高计数器值是否已达到其最大电平（在一些实施例中，最大电平可以是可编程的值）。如果是这种情况，则控制转到菱形框630以确定高计数器是否超过阈值（例如，在一个实施例中为零）。如果是，则控制转到框635，在其中可以基于高计数器来确定要引起的增益步长的数量。如上所述，在实施例中，可以访问映射表来确定该计数值与要采取的增益步长的数量之间的非线性映射。此外，在框635处，一个或多个增益组件可以使其增益设置减小该确定的步长量。另外，在框635处，如果实现增益改变，则可以重置IF和RF检测器。

仍然参考图4D，如果高计数器值没有超过阈值（意味着在高检测时段期间的任何采样时刻处没有超过IF高阈值的采样），则控制转到菱形框640以确定IF检测器高锁存输出是否有效（意味着存在过IF高阈值的至少一次跳越）。如果是这种情况，则控制接下来转到框645，在其中一个或多个增益组件可以减小单个增益步长的增益设置。另外，在框645处，如果实现增益改变，则可以重置RF和IF检测器。

进一步参考图4D，接下来在菱形框650处确定低时段是否已完成并且IF低峰值检测器是否未锁存。如果是这种情况，则控制转到菱形框652，在其中确定是否启用慢循环。如果否，则控制接下来转到框655，在其中根据第二调度执行给定增益组件的增益设置增大单个增益步长。另外，在框655处，如果实现增益改变，则可以重置RF和IF检测器。

进一步关于图4D，在菱形框660处，确定是否启用慢循环并且慢循环确立计数器是否等于零。此外，在菱形框660处，确定对应于估计的信道功率电平和目标功率电平之间的差的慢循环误差值是否为正（意味着估计的信道功率超过目标功率电平）。如果是这种情况，则控制转到框665，在其中用于减小的增益步长的数量可以基于慢循环误差值。另外，如果发生增益改变，则可以重置RF和IF检测器。注意，在实施例中，在慢循环误差值和增益减小之间可以存在给定关系。例如，为4的慢循环误差可以对应于为2dB的增益减小。类似地，为8的慢循环误差值可以对应于4dB增益减小等等。

仍然参考图4D，如果在菱形框652处确定启用慢循环，则控制转到菱形框662以确定慢循环确立计数器是否等于0。如果是，则控制转到框664，在其中可以基于慢循环误差值来确定用于增大的增益步长的数量。如上所述，该确定可以在慢循环误差值为正的情况下发生，这意味着估计的信道功率小于目标信道功率。要理解，虽然在图4A-4D中以该高级别示出，但是许多变化和替代方案是可能的。

现在参考图5，示出了根据实施例的检测器电路的框图。如图5所示，可以在接收机的各个位置中实现的电路700包括在接收机链内的各个点处执行功率检测的不同的硬件电路。更具体地，提供RF峰值检测器710以基于接收到的RF信号来检测传入的RF功率的量度。虽然实施例变化，但是在特定实施例中，该RF信号可以从刚好在LNA中的放大之前的接收机链中的点输出。另外，RF峰值检测器710还接收阈值，此处是RF阈值。继而，RF峰值检测器包括比较器715以将传入的RF信号与该阈值电平进行比较。如果确定RF信号超过RF阈值，则设置信号（即锁存输出信号-RF锁存）被输出。在实施例中，该信号是锁存信号，使得一旦被设置，则它保持在逻辑高电平处，直到接收到比较器重置（其可以从AGC控制器接收，如上所述）。因此，该检测器输出信号（RF锁存）可以被提供给AGC控制器或其他控制电路，以使得能够至少部分地基于该信号来执行增益控制操作。

如图5中进一步所图示，电路700还包括IF峰值检测器720。继而，IF峰值检测器720包括第一比较器725以将传入的IF信号与高IF阈值电平进行比较。如果确定IF信号超过高IF阈值，则设置信号（即锁存输出信号-IF高锁存）被输出。如进一步所示，第一比较器725还输出附加的信号，即用于I和Q两者的高信号。更具体地，每当提供给IF峰值检测器720的IF信号的采样在采样实例处超过高IF阈值电平时，从第一比较器725输出这些信号。因此，当同相IF信号超过该阈值时，第一输出信号被设置（I高），并且当正交相位信号超过该阈值时，第二信号被设置（Q高）。如本文所述，提供给AGC控制器的这些信号可以使得AGC控制器更新高计数器。然后可以在AGC操作中使用该计数器值。IF峰值检测器720还包括第二比较器726以将传入的IF信号与低IF阈值电平进行比较。如果确定IF信号超过低IF阈值，则设置信号（即锁存输出信号-IF低锁存）被输出。

通过使用锁存输出和基于计数器的值两者，即使阻塞体信号处于使得它在检测时段内以采样间隔都不被IF检测器检测到的频率时，也可以检测所述阻塞体信号。可以通过接收对应的比较器重置信号来重置比较器725、726。更具体地，当给定的检测时段（即，高检测时段和低检测时段）完成时，可以接收这些重置信号。要理解，虽然在图5的实施例中以该高级别示出，但是许多变化和替代方案是可能的。例如，在其他情况下，可以在IF检测器内实现高计数器。

现在参考图6，示出了包括具有用于执行如本文描述的AGC更新的控制器的接收机的集成电路的框图。更具体地，如图6所图示，集成电路800是诸如WiFi收发机的代表性无线收发机，其可以在许多不同类型的应用中使用。本文感兴趣的是，注意，IC 800包括微控制器单元（MCU）810。在不同的实施例中，MCU 810可以被实现为可以执行关于收发机的各种控制操作的通用微控制器。更具体地，对于本文的实施例，MCU 810可以被配置成执行AGC技术。为此，MCU 810可以包括或可以耦合到存储指令的非暂时性存储介质，所述指令当被执行时使得MCU 810能够动态地执行本文讨论的增益控制操作。

如所示，信号处理路径840包括无源网络850，其在实施例中可以被实现为诸如上面关于图1所描述的之类的衰减器。如所见，可以从MCU 810向无源网络850提供增益控制设置，以在分组的前导码部分期间动态地更新增益控制设置。无源网络850继而耦合到接收和调节传入的RF信号的LNA 855。如所图示，LNA 855可以从MCU 810接收增益控制设置，如本文描述的。该经调节的信号继而被提供给混频器860，该混频器860被配置成将传入的RF信号下变频为较低频率信号。

继而，经下变频的信号被输出到可选滤波器865，可选滤波器865对经下变频的信号进行滤波。继而，该经滤波的经下变频的信号被提供给PGA 870，并且继而被提供给ADC880以用于数字化。如所见，PGA 870和ADC 880被耦合以从MCU 810接收增益控制设置，以如本文描述的那样在分组的前导码部分期间执行AGC技术。结果所得的经数字化的信号被提供给数字信号处理器890，数字信号处理器890继而可以进一步处理传入的信号。注意，该数字化处理信号可以被提供给适当的下游处理电路。并且DSP 890可以将RSSI信息发送到MCU810以供在执行慢循环增益更新中使用。

在所示实施例中，压控振荡器（VCO）830从时钟源820（其在一些情况下可以是片外时钟源）接收时钟信号。继而，VCO 830以给定的工作频率生成一个或多个时钟信号，以供在IC 800内使用。本文感兴趣的是，（例如处于2.4GHz的）输入时钟信号的分频版本被提供给信号处理路径840的混频器860。

在代表性实施例中，由DSP 890输出的经处理数据可以被提供给另一个集成电路，诸如微控制器或可以相应地处理信号的其他可编程电路。作为示例，包括无线收发机的IoT设备（诸如传感器、监视器等）可以用于测量信息或提供用户输入并经由集成电路800的传输信号处理路径（在图6中为了便于说明未示出）传送这样的用户输入。继而，这些IoT传送的信号可以由给定IoT系统内的另一设备（诸如集线器设备）接收，所述另一设备继而可以经由中央集线器计算机等将信号传送到诸如服务器的基于互联网的目的地。

虽然已经关于有限数量的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将从其领会到许多修改和变化。意图的是，所附权利要求覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改和变化。

Claims

1.一种接收机，包括：

低噪声放大器（LNA），用于接收和放大射频（RF）信号，LNA具有第一可控增益；

混频器，用于将RF信号下变频为中频（IF）信号；

可编程增益放大器（PGA），其耦合到混频器，用于放大IF信号，PGA具有第二可控增益；

数字化器，用于将IF信号数字化为数字化信号；

数字信号处理器（DSP），用于处理数字化信号；

第一检测器，用于输出：

第一检测信号，其响应于在第一检测时段期间IF信号超过第一阈值而具有第一值；

第二检测信号，其响应于在第二检测时段期间IF信号超过第二阈值而具有第一值，第二阈值小于第一阈值；和

第三检测信号，其响应于超过第一阈值的IF信号的采样而具有第一值；和

控制器，用于响应于第一检测信号、第二检测信号和第三检测信号中的一个或多个来动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

2.根据权利要求1所述的接收机，其中，控制器还用于基于从DSP获得的接收信号强度指示信息来动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

3.根据权利要求1所述的接收机，还包括第二检测器，用于输出响应于在第三检测时段期间RF信号超过第三阈值而具有第一值的第四检测信号。

4.根据权利要求3所述的接收机，还包括被耦合以从天线接收RF信号的无源增益网络，其中，控制器还用于基于第四检测信号来更新无源增益网络的增益设置。

5.根据权利要求4所述的接收机，其中，控制器用于在与对无源增益网络增益设置的更新相反方向上进一步更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

6.根据权利要求3所述的接收机，其中，控制器用于禁用第二检测器以降低功耗。

7.根据权利要求1所述的接收机，其中，第一检测时段短于第二检测时段。

8.根据权利要求1所述的接收机，其中，控制器用于响应于第二检测信号响应于在第二检测时段期间IF信号不超过第二阈值而具有第二值来在第一方向上动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

9.根据权利要求8所述的接收机，其中，控制器用于响应于第一检测信号响应于在第一检测时段期间IF信号不超过第一阈值而具有第二值来在第一方向上动态地更新LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

10.根据权利要求1所述的接收机，其中，控制器用于基于在第一检测时段期间具有第一值的第三检测信号的实例的数量来维持计数。

11.根据权利要求10所述的接收机，其中，控制器用于：

基于计数来访问转换表以获得增益步长的数量；和

基于增益步长的数量来访问存储装置以确定LNA和PGA中的一个或多个的增益设置。

12.根据权利要求10所述的接收机，其中，控制器用于响应于计数达到最大值来在第一检测时段的结束之前动态地更新增益设置。

13.根据权利要求1所述的接收机，其中，控制器用于响应于在数字化信号内的帧的检测而禁用动态更新。

14.至少一种计算机可读存储介质，包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够执行以下操作：

在分组通信的开始时，为接收机的多个增益组件设置最大增益设置；和

在分组通信的前导码部分期间，响应于以下情况而减小用于多个增益组件中的一个或多个的增益设置：

计数值超过第一计数阈值，计数值对应于超过第一阈值的第一检测时段内的分组通信的采样的数量；和

锁存的输出信号指示在第一检测时段内分组通信超过了第一阈值，如果计数值没有超过第一计数阈值的话。

15.根据权利要求14所述的至少一种计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够基于计数值来访问转换表以确定用于增益设置减小的增益步长的数量。

16.根据权利要求14所述的至少一种计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够访问第一调度以标识用于多个增益组件中的一个或多个的更新的增益设置。

17.根据权利要求14所述的至少一种计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令当被执行时使得系统能够响应于第二锁存输出信号指示在第二检测时段内分组通信超过了第二阈值来减小用于多个增益组件中的第一增益组件的增益设置。

18.一种装置，包括：

射频（RF）前端电路，用于接收和处理RF信号，RF前端电路具有第一可控增益；

下变频器，用于将RF信号下变频为第二频率信号；

可编程放大器，其耦合到下变频器，用于放大第二频率信号，可编程放大器具有第二可控增益；

数字化器，用于将第二频率信号数字化为数字化信号；

数字信号处理器（DSP），用于处理数字化信号；

第一检测器，用于输出响应于超过第一阈值的第二频率信号的采样而具有第一值的第一检测信号；

第一计数器，用于维持具有第一值的第一检测信号的数量的计数；和

控制器，用于响应于计数在第一计数阈值以下来在第一方向上动态地更新RF前端电路和可编程放大器中的至少一个的增益设置，并且响应于计数超过第二计数阈值来在第二方向上更新RF前端电路和可编程放大器中的至少一个的增益设置。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，控制器用于至少部分地基于计数来访问第一调度，以确定增益设置更新。

20.根据权利要求19所述的装置，还包括第二检测器，用于输出响应于RF信号超过第二阈值而具有第一值的第二检测信号。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，控制器用于至少部分地基于具有第一值的第二检测信号来访问第二调度，以确定对RF前端单元的增益设置的进一步更新。