CN113824459A - 高精度数字自动增益控制装置以及射频接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度数字自动增益控制装置以及射频接收机，该高精度数字自动增益控制装置的增益控制单元分别与增益模块、模数转换器连接；信号处理模块射频信号变频至中频频率后发送给增益模块，模数转换器对增益模块增益处理后的信号进行模数转换；增益控制单元的功率累加模块与模数转换器连接，对数字信号的瞬时功率进行累加生成总功率值，自动增益控制电路分别与功率累加模块、增益模块连接，根据总功率值与目标功率值的比较结果向增益模块输出增益调节信号。本发明能够将对功率精确计算转换到数字域进行处理，极大降低了对模数转换器的精度要求，从而降低了设计难度和计算准确度，且结构简单、功耗低，实现了对输出功率精确控制的目的。

Description

高精度数字自动增益控制装置以及射频接收机

技术领域

本发明涉及增益控制领域，尤其涉及一种高精度数字自动增益控制装置以及射频接收机。

背景技术

由于受传播路径衰减等环境因素影响，射频接收机接收到的信号功率强弱变化较大。另外，现有环境中各种通信制式并存、环境复杂，难免存在干扰信号落入接收机信号带内的情况。为了充分发挥射频接收机中模数转换器动态性能，保障接收机信号质量，接收机需要根据信号功率大小进行自动增益控制，以确保接收机各级电路处在正确的工作状态。

现有射频接收机的自动增益控制方式存在两种，一种是采用模拟检测数字反馈方式实现，此种机制对工艺、温度、电压变化比较敏感，导致芯片之间输出功率差异较大；另外一种方式是采用数字功率检测数字反馈的方式。通过对信号链路模数转换器输出的数字信号进行功率计算，并和目标值进行比较，采用二分法数字算法输出数字控制码去调整模拟中频PGA增益，从而达到稳定功率输出的目的。由于此种方法是通过对模数转换器输出数值进行取模得到实时值，得到的增益控制精度严重依赖于模数转换器的精度。在一些采用低精度模数转换器接收机架构中，采用此种自动增益控制方案，会导致模拟中频输出功率变化较大，从而不能使接收机各级电路处在正确的工作状态。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种高精度数字自动增益控制装置以及射频接收机，通过信号处理模块处理射频信号生成中频信号，利用增益模块增益处理后传输给模数转换器，对模数转换器输出的数字信号进行取处理计算瞬时功率，并根据瞬时功率累加形成的总功率值与目标功率值的比较结果输出增益调节信号，能够将对功率精确计算转换到数字域进行处理，极大降低了对模数转换器的精度要求，从而降低了设计难度和计算准确度，且结构简单、功耗低，实现了对输出功率精确控制的目的。

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种高精度数字自动增益控制装置，所述高精度数字自动增益控制装置包括：信号处理模块、增益模块、模数转换器以及增益控制单元，所述增益控制单元分别与所述增益模块、模数转换器连接；所述信号处理模块接收射频信号，并将所述射频信号变频至中频频率后发送给所述增益模块，所述模数转换器将所述增益模块增益处理后的信号转换为数字信号发送给增益控制单元；所述增益控制单元包括功率累加模块、自动增益控制电路，所述功率累加模块与所述模数转换器连接，用于对所述数字信号的瞬时功率进行累加生成总功率值，所述自动增益控制电路分别与所述功率累加模块、增益模块连接，用于获取所述总功率值与目标功率值的比较结果，并根据所述比较结果向所述增益模块输出增益调节信号。

进一步地，所述信号处理模块包括低噪声放大器、混频器，所述混频器分别与所述低噪声放大器、增益模块连接。

进一步地，所述信号处理模块还包括滤波器，所述滤波器分别与所述混频器、增益模块连接，所述混频器通过所述滤波器将所述射频信号发送至所述增益模块。

进一步地，所述增益模块包括大步进增益放大器、小步进增益放大器，所述信号处理模块与所述大步进增益放大器连接，所述小步进增益放大器分别与所述大步进增益放大器、模数转换器连接。

进一步地，所述大步进增益放大器包括第一大步进增益放大器、第二大步进增益放大器，所述小步进增益放大器包括第一小步进增益放大器、第二小步进增益放大器，所述第一大步进增益放大器分别与所述第二大步进增益放大器、第一小步进增益放大器连接，所述第二小步进增益放大器分别与所述第一小步进增益放大器、第二大步进增益放大器连接。

进一步地，所述模数转换器包括第一模数转换器、第二模数转换器，所述第一模数转换器分别与所述第一小步进增益放大器、功率累加模块连接，所述第二模数转换器分别与所述第二小步进增益放大器、功率累加模块连接。

进一步地，所述功率累加模块包括取模电路、功率累加电路，所述取模电路获取所述模数转换器的瞬时功率，将所述瞬时功率输出给所述功率累加电路，所述功率累加电路对所述瞬时功率累加得到总功率值。

进一步地，所述功率累加模块还包括数字滤波电路，所述功率累加模块通过所述数字滤波电路对瞬时功率累加生成的信号进行数字平滑处理得到总功率值。

进一步地，所述根据所述比较结果向所述增益模块输出增益调节信号的步骤包括：根据所述比较结果判断总功率值是否位于预设范围，若是，则不输出增益调节信号；若否，则根据所述总功率值相对于所述目标功率值的大小输出所述增益调节信号。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种射频接收机，所述射频接收机包括射频信号接收电路、高精度数字自动增益控制装置，所述高精度数字自动增益控制装置包括如上所述的高精度数字自动增益控制装置。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过信号处理模块处理射频信号生成中频信号，利用增益模块增益处理后传输给模数转换器，对模数转换器输出的数字信号进行取处理计算瞬时功率，并根据瞬时功率累加形成的总功率值与目标功率值的比较结果输出增益调节信号，能够将对功率精确计算转换到数字域进行处理，极大降低了对模数转换器的精度要求，从而降低了设计难度和计算准确度，且结构简单、功耗低，实现了对输出功率精确控制的目的。

附图说明

图1为本发明高精度数字自动增益控制装置一实施例的结构图；

图2为本发明高精度数字自动增益控制装置另一实施例的结构图；

图3为本发明高精度数字自动增益控制装置的增益控制流程一实施例的流程图；

图4为本发明射频接收机一实施例的结构图。

图中：1、信号处理模块；2、增益模块；3、模数转换器；4、增益控制单元；11、低噪声放大器；12、混频器；211、第一大步进增益放大器；212、第二大步进增益放大器；221、第一小步进增益放大器；222、第二小步进增益放大器；31、第一模数转换器；32、第二模数转换器；41、取模电路；42、功率累加电路；43、数字滤波电路；44、自动增益控制电路。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1-3，图1为本发明高精度数字自动增益控制装置一实施例的结构图；图2为本发明高精度数字自动增益控制装置另一实施例的结构图；图3为本发明高精度数字自动增益控制装置的增益控制流程一实施例的流程图，结合图1-3对本发明高精度数字自动增益控制装置进行详细说明。

在本实施例中，高精度数字自动增益控制装置包括：信号处理模块1、增益模块2、模数转换器3以及增益控制单元4，增益控制单元4分别与增益模块2、模数转换器3连接；信号处理模块1接收射频信号，并将射频信号变频至中频频率后发送给增益模块2，模数转换器3将增益模块2增益处理后的信号转换为数字信号发送给增益控制单元4；增益控制单元4包括功率累加模块、自动增益控制电路44，功率累加模块与模数转换器3连接，用于对数字信号的瞬时功率进行累加生成总功率值，自动增益控制电路44分别与功率累加模块、增益模块2连接，用于获取总功率值与目标功率值的比较结果，并根据比较结果向增益模块2输出增益调节信号。

在本实施例中，信号处理模块1包括低噪声放大器11、混频器12，混频器12分别与低噪声放大器11、增益模块2连接。

其中，低噪声放大器11用于对接收到的射频信号进行放大，混频器12为下变频器，混频器12将放大后的射频信号下变频至中频频率的中频信号。

在本实施例中，信号处理模块1还包括滤波器，滤波器分别与混频器12、增益模块2连接，混频器12通过滤波器将所述射频信号发送至增益模块2。

在一个具体的实施例中，滤波器为中频滤波器。

在本实施例中，增益模块2包括大步进增益放大器、小步进增益放大器，信号处理模块1与大步进增益放大器连接，小步进增益放大器分别与大步进增益放大器、模数转换器3连接。其中，大步进增益放大器的增益步进大于小步进增益放大器的增益步进，且大步进增益放大器、小步进增益放大器具有档位增益控制功能。

在一个优选的实施例中，大步进增益放大器的增益步进为16dB，增益调整范围为48dB。小步进增益放大器实现增益细调，小步进增益放大器的增益步进为0.5dB，可以实现0dB～15.5dB增益调节范围。其中，大步进增益放大器和小步进增益放大器的增益配置如表一所示：

表一、增益配置表

在本实施例中，大步进增益放大器包括第一大步进增益放大器211、第二大步进增益放大器212，小步进增益放大器包括第一小步进增益放大器221、第二小步进增益放大器222，第一大步进增益放大器211分别与第二大步进增益放大器212、第一小步进增益放大器221连接，第二小步进增益放大器222分别与第一小步进增益放大器221、第二大步进增益放大器212连接。

模数转换器3包括第一模数转换器31、第二模数转换器32，第一模数转换器31分别与第一小步进增益放大器221、功率累加模块连接，第二模数转换器32分别与第二小步进增益放大器222、功率累加模块连接。

在本实施例中，模数转换器3为低精度模数转换器3，在其他实施例中，也可以为高精度模数转换器3。

功率累加模块包括取模电路41、功率累加电路42，取模电路41获取模数转换器3的瞬时功率，将瞬时功率输出给所述功率累加电路42，功率累加电路42对瞬时功率累加得到总功率值。将包括总功率值的信号输出给自动增益控制电路44。

在一个具体的实施例中，取模电路41对模数转换器3输出的数字信号进行瞬时功率计算，以低精度4Bits模数转换器3为例，瞬时功率计算所使用的公式为：

P_out＝|D_{out_i}<3:0>|²+|D_{out_q}<3:0>|²

其中，P_out为瞬时功率，D_{out_i}<3:0>为第一模数转换器31的4位数字输出，D_{out_q}<3:0>为第二模数转换器32的4位数字输出。

在本实施例中，功率累加模块还包括数字滤波电路43，功率累加模块通过数字滤波电路43对瞬时功率累加生成的信号进行数字平滑处理得到总功率值。

功率累加模块的功能进行多个采样周期内瞬时功率的累加，实现功率包络跟踪的目的。并利用数字滤波电路43实现功率包络的平滑处理，得到较为精确的总功率输出。

在一个具体的实施例中，功率累加电路42获取总功率值的原理公式为：

P_{out_tol}＝(N*P_out)*(k*H(z))

其中，P_{out_tol}为经过数字滤波处理的总功率值，N为功率累加长度(对模数转换器3输出的数字信号的数值进行一定时间周期的累加，这个时间周期就是累加长度)，可通过寄存器进行配置，k为数字滤波器系数，可通过寄存器设置k值，进行自动增益控制收敛时长配置，H(z)为数字滤波器传递函数。

在本实施例中，自动增益控制电路44现总功率值与目标功率值的比较，根据比较结果进行判别并将结果转化为增益调节信号输出到大步进增益放大器、小步进增益放大器进行增益调节。

在本实施例中，根据比较结果向增益模块2输出增益调节信号的步骤包括：根据比较结果判断总功率值是否位于预设范围，若是，则不输出增益调节信号；若否，则根据总功率值相对于目标功率值的大小输出增益调节信号。

通过上述器件高精度数字自动增益控制进行自动增益控制的流程如下：

高精度自动增益控制装置启动，增益初始化，并将模数转换器3转换的数字结果输出到增益控制单元4；增益控制单元4进行自动增益使能识别判断；对模数转换器3输出的数据进行取模处理，计算瞬时功率；进行瞬时功率累加处理，并经过数字平滑处理后得到总功率值；将总功率值和目标功率值进行比较判断，如果根据比较结果确定总功率在目标功率范围(预设范围)，则不进行增益调节；如果总功率大于目标功率，并且此时增益不为最小增益值，则减小增益控制(增益调整步幅可通过查真值表的方式进行)；如果总功率小于目标功率，并且此时是增益不为最大增益值，则加大增益控制；当增益调整到最大或最小，最终总功率值无法落入目标功率范围，则跳出自动增益控制环路，输出对应的最大或最小增益值(自动增益控制后增益已经调整到最大或最小无法再调整的情况)。达到目标功率值后，输出最终增益控制字，并输出自动增益完成标志AGC_DONE。

有益效果：本发明的高精度数字自动增益控制装置通过信号处理模块处理射频信号生成中频信号，利用增益模块增益处理后传输给模数转换器，对模数转换器输出的数字信号进行取处理计算瞬时功率，并根据瞬时功率累加形成的总功率值与目标功率值的比较结果输出增益调节信号，能够将对功率精确计算转换到数字域进行处理，极大降低了对模数转换器的精度要求，从而降低了设计难度和计算准确度，且结构简单、功耗低，实现了对输出功率精确控制的目的。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种射频接收机，请参阅图4，图4为本发明射频接收机一实施例的结构图。结合图4对本发明的射频接收机进行说明。

在本实施例中，射频接收机包括射频信号接收电路、高精度数字自动增益控制装置，所述高精度数字自动增益控制装置包括如上述实施例所述的高精度数字自动增益控制装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述高精度数字自动增益控制装置包括：信号处理模块、增益模块、模数转换器以及增益控制单元，所述增益控制单元分别与所述增益模块、模数转换器连接；

所述信号处理模块接收射频信号，并将所述射频信号变频至中频频率后发送给所述增益模块，所述模数转换器将所述增益模块增益处理后的信号转换为数字信号发送给增益控制单元；

所述增益控制单元包括功率累加模块、自动增益控制电路，所述功率累加模块与所述模数转换器连接，用于对所述数字信号的瞬时功率进行累加生成总功率值，所述自动增益控制电路分别与所述功率累加模块、增益模块连接，用于获取所述总功率值与目标功率值的比较结果，并根据所述比较结果向所述增益模块输出增益调节信号。

2.如权利要求1所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述信号处理模块包括低噪声放大器、混频器，所述混频器分别与所述低噪声放大器、增益模块连接。

3.如权利要求2所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述信号处理模块还包括滤波器，所述滤波器分别与所述混频器、增益模块连接，所述混频器通过所述滤波器将所述射频信号发送至所述增益模块。

4.如权利要求1所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述增益模块包括大步进增益放大器、小步进增益放大器，所述信号处理模块与所述大步进增益放大器连接，所述小步进增益放大器分别与所述大步进增益放大器、模数转换器连接。

5.如权利要求4所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述大步进增益放大器包括第一大步进增益放大器、第二大步进增益放大器，所述小步进增益放大器包括第一小步进增益放大器、第二小步进增益放大器，所述第一大步进增益放大器分别与所述第二大步进增益放大器、第一小步进增益放大器连接，所述第二小步进增益放大器分别与所述第一小步进增益放大器、第二大步进增益放大器连接。

6.如权利要求5所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述模数转换器包括第一模数转换器、第二模数转换器，所述第一模数转换器分别与所述第一小步进增益放大器、功率累加模块连接，所述第二模数转换器分别与所述第二小步进增益放大器、功率累加模块连接。

7.如权利要求6所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述功率累加模块包括取模电路、功率累加电路，所述取模电路获取所述模数转换器的瞬时功率，将所述瞬时功率输出给所述功率累加电路，所述功率累加电路对所述瞬时功率累加得到总功率值。

8.如权利要求7所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述功率累加模块还包括数字滤波电路，所述功率累加模块通过所述数字滤波电路对瞬时功率累加生成的信号进行数字平滑处理得到总功率值。

9.如权利要求1所述的高精度数字自动增益控制装置，其特征在于，所述根据所述比较结果向所述增益模块输出增益调节信号的步骤包括：

根据所述比较结果判断总功率值是否位于预设范围，若是，则不输出增益调节信号；

若否，则根据所述总功率值相对于所述目标功率值的大小输出所述增益调节信号。

10.一种射频接收机，其特征在于，所述射频接收机包括射频信号接收电路、高精度数字自动增益控制装置，所述高精度数字自动增益控制装置包括如权利要求1-9任一项所述的高精度数字自动增益控制装置。

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