CN110535448A - 一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，包括增益可变放大器，及脉冲运算保持环路，其中增益可变放大器的输入端为适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输入端，增益可变放大器的输出端为适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输出端，其输出端的检测电平通过脉冲运算保持环路和自动增益控制环路的共同作用连接到增益可变放大器的控制端，从而保证增益可变放大器的输出信号电平稳定。本发明还公开了对应的适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法，本发明使用反馈闭环自动增益控制方法，能够解放AD转换器的动态压力，扩大接收系统的动态，同时也能够将其处理信号功率设定在其性能最优良的电平范围内。
Description
技术领域
本发明涉及无线系统电路领域，具体涉及一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路及控制方法。
背景技术
现有模拟方案的自动增益控制技术，一般用于连续波的调制方式(如AM，FM等)。存在脉冲调制信号（如PWM或者ASK等）的无线系统中，则不能通过这种方法来控制接收信号幅度的大小。
现有的脉冲调制无线系统中，中频处理方式往往都采用对数放大器或者直接让AD转换器来承受一部分接收信号的动态范围，在针对不同强度的接收信号时，无形之中加大了AD转换器等后端处理器件的压力。
因此，如何实现脉冲调制方式的反馈闭环自动增益控制且不对后端处理器件造成额外的压力，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明实际需要解决的问题是：如何实现脉冲调制方式的反馈闭环自动增益控制且不对后端处理器件造成额外的压力。
本发明采用了如下的技术方案：
一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，包括增益可变放大器及脉冲运算保持环路，其中，自动增益控制放大器的输入端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输入端，增益可变放大器的输出端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输出端，增益可变放大器的控制端与脉冲运算保持环路的输出端相连，脉冲运算保持环路的检测端检测增益可变放大器的输出信号。
优选地，所述脉冲运算保持环路包括运算放大器、参考电平、脉冲保持单元及检波器，其中，运算放大器的同相输入端与参考电平相连，运算放大器的反相输入端端与脉冲保持单元的输出端相连，同时运算放大器的输出端也与增益可变放大器的控制端相连，运算放大器的反相输入端和输出端之间串联一个电容，脉冲保持单元的输入端与检波器的输出端相连，检波器的输入端作通过耦合与增益可变放大器的输出端相连。
一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法，所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法采用如权利要求1所述的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路实现自动增益控制，所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法包括：
检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
将所述检波脉冲电平等效为连续电平值；
基于所述连续电平值进行运算保持得到随输入信号改变而自动调整的控制电平；
所述控制电平用于调整增益可变放大器的增益从而控制输出功率。
优选地，在所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路中，所述脉冲运算保持环路包括运算放大器、参考电平、脉冲保持单元及检波器，其中，运算放大器的同相输入端与参考电平相连，运算放大器的反相输入端端与脉冲保持单元的输出端相连，同时运算放大器的输出端也与增益可变放大器的控制端相连，运算放大器的反相输入端和输出端之间串联一个电容，脉冲保持单元的输入端与检波器的输出端相连，检波器的输入端作通过耦合与增益可变放大器的输出端相连；所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法包括：
检波器检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
脉冲保持单元将脉冲电平转换为直流电平，输入到运算放大器的反向输入端；
参考电平输入到运算放大器的同相输入端作为环路稳定的参考值；
运算放大器基于参考电平及脉冲保持单元输出的检测电平进行运算得到控制电平
向检测增益可变放大器的控制端输出控制电平；
控制增益可变放大器增益来维持输出信号功率的稳定。
综上所述，本发明公开了一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，包括增益可变放大器及脉冲运算保持环路，其中，增益可变放大器的输入端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输入端，增益可变放大器的输出端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输出端，增益可变放大器的控制端与脉冲运算保持环路的输出端相连，脉冲运算保持环路的检测端检测增益可变放大器的输出信号。本发明还公开了对应的适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法，本发明能够使用反馈闭环自动增益控制方法来替代现有脉冲调制信号无线系统采用的使用AD动态来适应接收信号电平波动的方法，从而解放AD转换器的动态压力，扩大接收系统的动态，同时也能够将其处理信号功率设定在其性能最优良的电平范围内。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步的详细描述，其中:
图1为输入的脉冲信号的波形图；
图2为采用现有技术处理图1的输入信号后得到的输出信号的波形图；
图3为采用本发明公开的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路及控制方法处理图1的输入信号后的得到的输出信号的波形图；
图4为本发明公开的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的一种具体实施方式的电路示意图；
图5为本发明公开的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的安装示意图。
附图标记说明：自动增益控制电路100、参考电平101、运算放大器102、脉冲保持单元103、检波器104、增益可变放大器105、射频滤波器及低噪声放大器及混频器200、低噪声放大器300、AD转换器400。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。
如图5所示，一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，包括增益可变放大器及脉冲运算保持环路，其中，自动增益控制放大器的输入端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输入端，增益可变放大器的输出端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输出端，增益可变放大器的控制端与脉冲运算保持环路的输出端相连，脉冲运算保持环路的检测端检测增益可变放大器的输出信号。
检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
将所述检波脉冲电平等效为连续电平值；
基于所述连续电平值进行运算保持得到随输入信号改变而自动调整的控制电平；
所述控制电平用于调整增益可变放大器的增益从而控制输出功率。
采用脉冲调制方式的无线系统在接收链路中如果采用传统模拟的闭环自动增益控制方法，则其接收到的脉冲信息会如下所示：
从图1及图2中可以看出利用传统的自动增益控制技术会因为AGC（automatic gaincontrol，自动增益控制）环路的响应时间的因素影响每个脉宽内信号的幅度质量。当响应时间小于脉冲信号脉宽时，会在带内产生幅度收敛最终趋于稳定的过程，在过程中信号的幅度存在较大的抖动时，甚至可能会超出AD转换器能承受的最高电平，从而大大影响后端解调质量；当响应时间大于脉冲信号脉宽的时候，脉宽内信号则一直处于一个收敛的过程态，不利于后端进行处理。当AGC响应时间小于脉冲周期的时候则每一个周期的信号进入电路之时AGC环路都会响应一次，从而出现幅度的较大波动。
本发明在现有的AGC环路之中增加了脉冲保持单元，能够将一个脉冲周期内无论任何占空比的形式的检波脉冲电平等效为一个固定电平，从而在固定周期固定占空比的信号输入时间内将链路增益稳定在一个固定的值上，从而消除每个脉宽开始时候的幅度过冲。同时通过调整参考电平将输出信号稳定在AD转换器性能最好的电平。
如图3所示，本发明利用脉冲运算保持环路将脉冲信号的检波脉冲电平等效为一个连续电平值，通过该连续电平来对AGC环路进行运算保持，从而保证除了前面数个周期（数量视周期而定）之后所有脉宽内信号幅度均能够满足稳定在一定值内（适应各种占空比，可根据外控参考电平进行调整）。
如图4所示，具体实施时，在所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路中，所述脉冲运算保持环路包括运算放大器、参考电平、脉冲保持单元及检波器，其中，运算放大器的同相输入端与参考电平相连，运算放大器的反相输入端端与脉冲保持单元的输出端相连，同时运算放大器的输出端也与增益可变放大器的控制端相连，运算放大器的反相输入端和输出端之间串联一个电容，脉冲保持单元的输入端与检波器的输出端相连，检波器的输入端作通过耦合与增益可变放大器的输出端相连；所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法包括：
检波器检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
脉冲保持单元将脉冲电平转换为直流电平，输入到运算放大器的反向输入端；
参考电平输入到运算放大器的同相输入端作为环路稳定的参考值；
运算放大器基于参考电平及脉冲保持单元输出的检测电平进行运算得到控制电平
向检测增益可变放大器的控制端输出控制电平；
控制增益可变放大器增益来维持输出信号功率的稳定。
在本发明中，脉冲保持单元由二极管和电阻电容构成，需要根据实际的情况调整电阻电容的值。脉冲保持单元的具体结构为现有技术，在此不再赘述。
无线系统会通过目标物体与接收机的距离来对信号的调制方式从连续波到不同的占空比的脉冲调制进行切换，最低的占空比仅为2%，周期为300uS。
若采用传统的模拟AGC方式进行控制，响应时间若小于300us，则会出现图2的现象，若响应时间大于300us，则会因为无信号时候白噪声的影响而造成环路的稳定。
而采用本发明公开的技术方案，通过调整脉冲运算保持环路内的电阻电容值的大小以及运算放大器的积分电容将自动增益控制的响应时间设计为大于一个脉冲周期的时长，则可以将输出功率稳定住，在舍弃前面一两个周期的脉冲信号不用之后，通过调整参考电平可以将进入AD转换器的信号电平（脉宽内瞬时幅度电平，而不是有效电平）稳定在3dBm±0.5dB的范围内。同时根据项目需求可以增加其动态范围。设定参考电平之后电路会形成一个稳定的环路，将输出功率稳定在一定的值之上。该稳定输出功率值大小与设定参考电平高低相关。而参考电平只需将电源通过电阻分压即可得到。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管通过参照本申请的优选实施例已经对本申请进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本申请的精神和范围。
Claims (4)
1.一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，其特征在于，包括增益可变放大器及脉冲运算保持环路，其中，自动增益控制放大器的输入端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输入端，增益可变放大器的输出端为所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路的输出端，增益可变放大器的控制端与脉冲运算保持环路的输出端相连，脉冲运算保持环路的检测端检测增益可变放大器的输出信号。
2.如权利要求1所述的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路，其特征在于，所述脉冲运算保持环路包括运算放大器、参考电平、脉冲保持单元及检波器，其中，运算放大器的同相输入端与参考电平相连，运算放大器的反相输入端端与脉冲保持单元的输出端相连，同时运算放大器的输出端也与增益可变放大器的控制端相连，运算放大器的反相输入端和输出端之间串联一个电容，脉冲保持单元的输入端与检波器的输出端相连，检波器的输入端作通过耦合与增益可变放大器的输出端相连。
3.一种适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法，其特征在于，所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法采用如权利要求1所述的适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路实现自动增益控制，所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法包括：
检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
将所述检波脉冲电平等效为连续电平值；
基于所述连续电平值进行运算保持得到随输入信号改变而自动调整的控制电平；
所述控制电平用于调整增益可变放大器的增益从而控制输出功率。
4.如权利要求3所述的适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法，其特征在于，在所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制电路中，所述脉冲运算保持环路包括运算放大器、参考电平、脉冲保持单元及检波器，其中，运算放大器的同相输入端与参考电平相连，运算放大器的反相输入端端与脉冲保持单元的输出端相连，同时运算放大器的输出端也与增益可变放大器的控制端相连，运算放大器的反相输入端和输出端之间串联一个电容，脉冲保持单元的输入端与检波器的输出端相连，检波器的输入端作通过耦合与增益可变放大器的输出端相连；所述适用于脉冲调制方式的自动增益控制方法包括：
检波器检测增益可变放大器输出的脉冲信号得到检波脉冲电平；
脉冲保持单元将脉冲电平转换为直流电平，输入到运算放大器的反向输入端；
参考电平输入到运算放大器的同相输入端作为环路稳定的参考值；
运算放大器基于参考电平及脉冲保持单元输出的检测电平进行运算得到控制电平
向检测增益可变放大器的控制端输出控制电平；
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