CN113992171B - 一种接收机及其自动增益控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接收机，涉及通信技术领域，解决现有接收机自动增益控制动态范围较小、收敛速度较慢和精度较差的技术问题，接收机中低噪声放大器依次连接下变频器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、模数转换器，第一自动增益控制算法单元分别连接低噪声放大器的控制端、第一可编程增益放大器的控制端，下变频器的输出端通过模拟信号峰值检测电路连接第一自动增益控制算法单元，模数转换器的输出端依次通过数字功率检测单元、第二自动增益控制算法单元连接第二可编程增益放大器的控制端，第一自动增益控制算法单元与第二自动增益控制算法单元相互连接。本发明还公开了一种接收机自动增益控制方法。

Description

一种接收机及其自动增益控制方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地说，它涉及一种接收机及其自动增益控制方法。
背景技术
接收机处理的信号来自接收机外部，信号功率的强弱取决于信号源信号的大小和传播途径的衰减，信号之外的干扰也常常会由于某些原因落到接收频带内。所以接收机在不同时间处理信号的大小可能有很大差异，为了实现更好的性能，接收机的增益需要能够根据所处理信号的大小进行自动控制，也就是自动增益控制(Auto Gain Control)系统。
自动增益控制环路一般放在模拟与数字电路之间，增益控制算法在数字部分实现，合适的增益设置反馈给模拟可编程增益放大器PGA。现有接收机的反馈型AGC环路如图1所示，数字反馈型AGC的优点是精度较高，不足是收敛速度较慢。另外一种常见的AGC环路是前馈型的结构，如图2所示，前馈型AGC收敛速度比反馈型AGC快，但由于峰值检测电路量化精度有限，所以难以实现精确的AGC控制；而且检测微弱射频信号代价很高，常常只是用来控制低频的模拟信号，从而影响了接收机AGC的动态范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以提高收敛速度和精度的接收机。
本发明的目的二是提供一种可以提高收敛速度和精度的接收机自动增益控制方法。
为了实现上述目的一，本发明提供一种接收机，包括低噪声放大器、下变频器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、模数转换器、模拟信号峰值检测电路、数字功率检测单元、第一自动增益控制算法单元和第二自动增益控制算法单元；所述低噪声放大器依次连接所述下变频器、第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、模数转换器，所述第一自动增益控制算法单元分别连接所述低噪声放大器的控制端、第一可编程增益放大器的控制端，所述下变频器的输出端通过所述模拟信号峰值检测电路连接所述第一自动增益控制算法单元，所述模数转换器的输出端依次通过所述数字功率检测单元、第二自动增益控制算法单元连接所述第二可编程增益放大器的控制端，所述第一自动增益控制算法单元与第二自动增益控制算法单元相互连接。
作为进一步地改进，所述第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器分别设有多挡可控增益。
进一步地，所述第一可编程增益放大器的可控增益的步进量大于所述第二可编程增益放大器的可控增益的步进量。
进一步地，所述第一可编程增益放大器的可控增益包括0dB、16dB、32dB，初始化增益为0dB。
进一步地，所述第二可编程增益放大器的可控增益包括0dB、1dB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB、7dB、8dB、9dB、10dB、11dB、12dB、13dB、14dB、15dB，初始化增益为0dB。
进一步地，所述低噪声放大器设有至少两挡可控增益。
进一步地，所述低噪声放大器的可控增益包括16dB、32dB，初始化增益为32dB。
进一步地，所述第一自动增益控制算法单元通过所述模拟信号峰值检测电路监测所述下变频器的输出幅度；
所述第二自动增益控制算法单元通过所述数字功率检测单元监测所述模数转换器的输出功率；
当所述第一自动增益控制算法单元处在调整增益状态时，发送第一指令让所述第二自动增益控制算法单元控制所述第二可编程增益放大器的增益保持不变；
当所述第一自动增益控制算法单元完成调整增益后，发送第二指令让所述第二自动增益控制算法单元开始调整所述第二可编程增益放大器的增益；
当所述第二自动增益控制算法单元处于环路工作状态时，发送第三指令让所述第一自动增益控制算法单元控制所述低噪声放大器、第一可编程增益放大器的增益保持不变；
当所述第二自动增益控制算法单元达到锁定目标后，发送第四指令让所述第一自动增益控制算法单元重新进入幅度监测和区间判断。
为了实现上述目的二，本发明提供一种接收机自动增益控制方法，包括以下步骤：
步骤S1.接收机开始工作前先进行初始化增益设置，低噪声放大器的增益设为32dB，第一可编程增益放大器的增益设为0dB,第二可编程增益放大器的增益设为0dB，模拟信号峰值检测电路的区间设为10，区间10表示100～632mV；
步骤S2.第一自动增益控制算法单元监测模拟信号峰值检测电路的幅度区间的变化情况；
步骤S3.如果幅度区间没发生变化，则第二自动增益控制算法单元开始控制第二可编程增益放大器的增益；
如果幅度区间发生变化，则第二自动增益控制算法单元控制第二可编程增益放大器的增益保持不变，第一自动增益控制算法单元根据变化后的幅度区间调整低噪声放大器、第一可编程增益放大器的增益；
步骤S4.等待第一自动增益控制算法单元稳定，并返回模拟信号峰值检测电路的幅度区间的变化情况；
如果幅度区间再次发生变化，则重复一次第一自动增益控制算法单元增益控制，并重复步骤S4；
如果幅度区间没有再发生变化，则开始第二自动增益控制算法单元增益控制；
步骤S5.第二自动增益控制算法单元通过数字功率检测单元计算模数转换器的输出功率，用于在数字域准确衡量接收机的输出功率，并判断是否需要调整环路增益；
步骤S6.当模数转换器的输出信号达到目标功率或第二可编程增益放大器的增益已增大到最大值或第二可编程增益放大器的增益已减小到最小值时，判断为达到锁定目标，输出锁定指令，返回步骤S2；否则，执行步骤S7进入第二可编程增益放大器增益调整状态；
步骤S7.对比输出信号功率和锁定目标功率，进行第二可编程增益放大器增益调整；
步骤S8.完成第二可编程增益放大器增益调整，并等待第二自动增益控制算法单元稳定后，返回步骤S5。
作为进一步地改进，在步骤S3中，
当模拟信号峰值检测电路检测到变化后的区间为00时，低噪声放大器的增益设为32dB，第一可编程增益放大器的增益设为32dB；
当模拟信号峰值检测电路检测到变化后的区间为01时，低噪声放大器的增益设为32dB，第一可编程增益放大器的增益设为16dB；
当模拟信号峰值检测电路检测到变化后的区间为10时，低噪声放大器的增益设为32dB，第一可编程增益放大器的增益设为0dB；
当模拟信号峰值检测电路检测到变化后的区间为11时，低噪声放大器的增益设为16dB，第一可编程增益放大器的增益设为0dB。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1.本发明的第一自动增益控制环路，通过模拟信号峰值检测电路PDET实时监测下变频器MIXER的输出模拟电压幅度，通过第一自动增益控制算法单元AGC1能够快速调整前级低噪声放大器LNA的增益和后级第一可编程增益放大器PGA1增益，自动增益控制响应速度快，增益控制范围大。
2.本发明的第二自动增益控制环路，通过数字功率检测单元Power Detector精确计算模数转换器ADC输出的数字信号功率，通过控制具有小步进的第二可编程增益放大器PGA2，准确控制接收最终输出信号的大小，实现高精度自动增益控制。
3.第一自动增益控制算法单元AGC1和第二自动增益控制算法单元AGC2控制的两个环路联合工作，通过发送AGC1_DONE和AGC2_LOCK两个信号的状态，使得两个自动增益控制环路协调控制，避免进入无序的反复调整状态，同时实现接收机自动增益控制的大动态范围、高精度和快收敛速度的目标。
4.相比传统反馈型AGC，本发明的AGC响应时间短，增益收敛速度快；相比传统前馈型AGC，本发明的AGC增益控制动态范围大，增益控制精度高；相比其他双环AGC，本发明的两个AGC协调工作，能有效加快整体AGC闭环响应速度，避免两个AGC环路进入无序的控制冲突状态。
附图说明
图1为传统技术中接收机的反馈型AGC环路；
图2为传统技术中接收机的前馈型AGC环路；
图3为本发明的电路图；
图4为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图3、4，一种接收机，包括低噪声放大器LNA、下变频器MIXER、第一可编程增益放大器PGA1、第二可编程增益放大器PGA2、模数转换器ADC、模拟信号峰值检测电路PDET、数字功率检测单元Power Detector、第一自动增益控制算法单元AGC1和第二自动增益控制算法单元AGC2；低噪声放大器LNA依次连接下变频器MIXER、第一可编程增益放大器PGA1、第二可编程增益放大器PGA2、模数转换器ADC，第一自动增益控制算法单元AGC1分别连接低噪声放大器LNA的控制端、第一可编程增益放大器PGA1的控制端，下变频器MIXER的输出端通过模拟信号峰值检测电路PDET连接第一自动增益控制算法单元AGC1，模数转换器ADC的输出端依次通过数字功率检测单元Power Detector、第二自动增益控制算法单元AGC2连接第二可编程增益放大器PGA2的控制端，第一自动增益控制算法单元AGC1与第二自动增益控制算法单元AGC2相互连接。
第一自动增益控制算法单元AGC1通过模拟信号峰值检测电路PDET监测下变频器MIXER的输出幅度；
第二自动增益控制算法单元AGC2通过数字功率检测单元Power Detector监测模数转换器ADC的输出功率；
当第一自动增益控制算法单元AGC1处在调整增益状态时，发送第一指令让第二自动增益控制算法单元AGC2控制第二可编程增益放大器PGA2的增益保持不变；第一指令为AGC1_DONE＝0；
当第一自动增益控制算法单元AGC1完成调整增益后，发送第二指令让第二自动增益控制算法单元AGC2开始调整第二可编程增益放大器PGA2的增益；第二指令为AGC1_DONE＝1；
当第二自动增益控制算法单元AGC2处于环路工作状态时，发送第三指令让第一自动增益控制算法单元AGC1控制低噪声放大器LNA、第一可编程增益放大器PGA1的增益保持不变；第三指令为AGC2_LOCK＝0；
当第二自动增益控制算法单元AGC2达到锁定目标后，发送第四指令让第一自动增益控制算法单元AGC1重新进入幅度监测和区间判断；第四指令为AGC2_LOCK＝1。
第一可编程增益放大器PGA1、第二可编程增益放大器PGA2分别设有多挡可控增益。第一可编程增益放大器PGA1的可控增益的步进量大于第二可编程增益放大器PGA2的可控增益的步进量。
在本实施例中，第一可编程增益放大器PGA1的可控增益包括0dB、16dB、32dB，初始化增益为0dB。第二可编程增益放大器PGA2的可控增益包括0dB、1dB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB、7dB、8dB、9dB、10dB、11dB、12dB、13dB、14dB、15dB，初始化增益为0dB。
低噪声放大器LNA设有至少两挡可控增益，低噪声放大器LNA的可控增益包括16dB、32dB，初始化增益为32dB。具体如下表1所示：
可控增益 初始化增益 单位
LNA 16/32 32 dB
PGA1 0/16/32 0 dB
PGA2 0/1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15 0 dB
表1
PDET监测下变频器输出节点的幅度区间，并通过比较器转换成1位或多位的数字状态指示。优选地，PDET输出2比特的幅度区间状态指示，PDET的状态指示如下表所示：
Figure GDA0003628208710000081
表2
一种接收机自动增益控制方法，包括以下步骤：
步骤S1.接收机开始工作前先进行初始化增益设置，低噪声放大器LNA的增益设为32dB，第一可编程增益放大器PGA1的增益设为0dB,第二可编程增益放大器PGA2的增益设为0dB，模拟信号峰值检测电路PDET的区间设为10，区间10表示100～632mV；
步骤S2.第一自动增益控制算法单元AGC1监测模拟信号峰值检测电路PDET的幅度区间的变化情况；
步骤S3.如果幅度区间没发生变化，则第二自动增益控制算法单元AGC2开始控制第二可编程增益放大器PGA2的增益；
如果幅度区间发生变化，则第二自动增益控制算法单元AGC2控制第二可编程增益放大器PGA2的增益保持不变，第一自动增益控制算法单元AGC1根据变化后的幅度区间调整低噪声放大器LNA、第一可编程增益放大器PGA1的增益；
步骤S4.等待第一自动增益控制算法单元AGC1稳定，并返回模拟信号峰值检测电路PDET的幅度区间的变化情况；
如果幅度区间再次发生变化，则重复一次第一自动增益控制算法单元AGC1增益控制，并重复步骤S4；
如果幅度区间没有再发生变化，则开始第二自动增益控制算法单元AGC2增益控制；
步骤S5.第二自动增益控制算法单元AGC2通过数字功率检测单元Power Detector计算模数转换器ADC的输出功率，用于在数字域准确衡量接收机的输出功率，并判断是否需要调整环路增益；
步骤S6.当模数转换器ADC的输出信号达到目标功率或第二可编程增益放大器PGA2的增益已增大到最大值或第二可编程增益放大器PGA2的增益已减小到最小值时，判断为达到锁定目标，输出锁定指令，锁定指令为AGC2_LOCK＝1，返回步骤S2；否则，执行步骤S7进入第二可编程增益放大器PGA2增益调整状态；
步骤S7.对比输出信号功率和锁定目标功率，进行第二可编程增益放大器PGA2增益调整，具体的，通过数字功率检测单元Power Detector计算模数转换器ADC的输出功率与锁定目标功率的差值，进行增益调整。比如，锁定目标功率为0dBm，若检测功率为-10dBm则增加10dB增益，若检测功率为+5dBm则减少5dB增益；
步骤S8.完成第二可编程增益放大器PGA2增益调整，并等待第二自动增益控制算法单元AGC2稳定后，返回步骤S5。
在步骤S3中，当模拟信号峰值检测电路PDET检测到变化后的区间为00时，低噪声放大器LNA的增益设为32dB，第一可编程增益放大器PGA1的增益设为32dB；
当模拟信号峰值检测电路PDET检测到变化后的区间为01时，低噪声放大器LNA的增益设为32dB，第一可编程增益放大器PGA1的增益设为16dB；
当模拟信号峰值检测电路PDET检测到变化后的区间为10时，低噪声放大器LNA的增益设为32dB，第一可编程增益放大器PGA1的增益设为0dB；
当模拟信号峰值检测电路PDET检测到变化后的区间为11时，低噪声放大器LNA的增益设为16dB，第一可编程增益放大器PGA1的增益设为0dB。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种接收机，其特征在于，包括低噪声放大器(LNA)、下变频器(MIXER)、第一可编程增益放大器(PGA1)、第二可编程增益放大器(PGA2)、模数转换器(ADC)、模拟信号峰值检测电路(PDET)、数字功率检测单元(Power Detector)、第一自动增益控制算法单元(AGC1)和第二自动增益控制算法单元(AGC2)；所述低噪声放大器(LNA)依次连接所述下变频器(MIXER)、第一可编程增益放大器(PGA1)、第二可编程增益放大器(PGA2)、模数转换器(ADC)，所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)分别连接所述低噪声放大器(LNA)的控制端、第一可编程增益放大器(PGA1)的控制端，所述下变频器(MIXER)的输出端通过所述模拟信号峰值检测电路(PDET)连接所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)，所述模数转换器(ADC)的输出端依次通过所述数字功率检测单元(Power Detector)、第二自动增益控制算法单元(AGC2)连接所述第二可编程增益放大器(PGA2)的控制端，所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)与第二自动增益控制算法单元(AGC2)相互连接；
实现自动增益控制方法，包括以下步骤：
步骤S1.接收机开始工作前先进行初始化增益设置，低噪声放大器(LNA)的增益设为32dB，第一可编程增益放大器(PGA1)的增益设为0dB,第二可编程增益放大器(PGA2)的增益设为0dB，模拟信号峰值检测电路(PDET)的区间设为10，区间10表示100～632mV；
步骤S2.第一自动增益控制算法单元(AGC1)监测模拟信号峰值检测电路(PDET)的幅度区间的变化情况；
步骤S3.如果幅度区间没发生变化，则第二自动增益控制算法单元(AGC2)开始控制第二可编程增益放大器(PGA2)的增益；
如果幅度区间发生变化，则第二自动增益控制算法单元(AGC2)控制第二可编程增益放大器(PGA2)的增益保持不变，第一自动增益控制算法单元(AGC1)根据变化后的幅度区间调整低噪声放大器(LNA)、第一可编程增益放大器(PGA1)的增益；
步骤S4.等待第一自动增益控制算法单元(AGC1)稳定，并返回模拟信号峰值检测电路(PDET)的幅度区间的变化情况；
如果幅度区间再次发生变化，则重复一次第一自动增益控制算法单元(AGC1)增益控制，并重复步骤S4；
如果幅度区间没有再发生变化，则开始第二自动增益控制算法单元(AGC2)增益控制；
步骤S5.第二自动增益控制算法单元(AGC2)通过数字功率检测单元(Power Detector)计算模数转换器(ADC)的输出功率，用于在数字域准确衡量接收机的输出功率，并判断是否需要调整环路增益；
步骤S6.当模数转换器(ADC)的输出信号达到目标功率或第二可编程增益放大器(PGA2)的增益已增大到最大值或第二可编程增益放大器(PGA2)的增益已减小到最小值时，判断为达到锁定目标，输出锁定指令，返回步骤S2；否则，执行步骤S7进入第二可编程增益放大器(PGA2)增益调整状态；
步骤S7.对比输出信号功率和锁定目标功率，进行第二可编程增益放大器(PGA2)增益调整；
步骤S8.完成第二可编程增益放大器(PGA2)增益调整，并等待第二自动增益控制算法单元(AGC2)稳定后，返回步骤S5。
2.根据权利要求1所述的一种接收机，其特征在于，所述第一可编程增益放大器(PGA1)、第二可编程增益放大器(PGA2)分别设有多挡可控增益。
3.根据权利要求2所述的一种接收机，其特征在于，所述第一可编程增益放大器(PGA1)的可控增益的步进量大于所述第二可编程增益放大器(PGA2)的可控增益的步进量。
4.根据权利要求2所述的一种接收机，其特征在于，所述第一可编程增益放大器(PGA1)的可控增益包括0dB、16dB、32dB，初始化增益为0dB。
5.根据权利要求2所述的一种接收机，其特征在于，所述第二可编程增益放大器(PGA2)的可控增益包括0dB、1dB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB、7dB、8dB、9dB、10dB、11dB、12dB、13dB、14dB、15dB，初始化增益为0dB。
6.根据权利要求1所述的一种接收机，其特征在于，所述低噪声放大器(LNA)设有至少两挡可控增益。
7.根据权利要求6所述的一种接收机，其特征在于，所述低噪声放大器(LNA)的可控增益包括16dB、32dB，初始化增益为32dB。
8.根据权利要求1所述的一种接收机，其特征在于，
所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)通过所述模拟信号峰值检测电路(PDET)监测所述下变频器(MIXER)的输出幅度；
所述第二自动增益控制算法单元(AGC2)通过所述数字功率检测单元(PowerDetector)监测所述模数转换器(ADC)的输出功率；
当所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)处在调整增益状态时，发送第一指令让所述第二自动增益控制算法单元(AGC2)控制所述第二可编程增益放大器(PGA2)的增益保持不变；
当所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)完成调整增益后，发送第二指令让所述第二自动增益控制算法单元(AGC2)开始调整所述第二可编程增益放大器(PGA2)的增益；
当所述第二自动增益控制算法单元(AGC2)处于环路工作状态时，发送第三指令让所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)控制所述低噪声放大器(LNA)、第一可编程增益放大器(PGA1)的增益保持不变；
当所述第二自动增益控制算法单元(AGC2)达到锁定目标后，发送第四指令让所述第一自动增益控制算法单元(AGC1)重新进入幅度监测和区间判断；区间判断如下：
Figure FDA0003628208700000041
9.根据权利要求8所述的一种接收机，其特征在于，在步骤S3中，
当模拟信号峰值检测电路(PDET)检测到变化后的区间为00时，低噪声放大器(LNA)的增益设为32dB，第一可编程增益放大器(PGA1)的增益设为32dB；
当模拟信号峰值检测电路(PDET)检测到变化后的区间为01时，低噪声放大器(LNA)的增益设为32dB，第一可编程增益放大器(PGA1)的增益设为16dB；
当模拟信号峰值检测电路(PDET)检测到变化后的区间为10时，低噪声放大器(LNA)的增益设为32dB，第一可编程增益放大器(PGA1)的增益设为0dB；
当模拟信号峰值检测电路(PDET)检测到变化后的区间为11时，低噪声放大器(LNA)的增益设为16dB，第一可编程增益放大器(PGA1)的增益设为0dB。
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