CN115664361A - 一种自动增益控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动增益控制电路，属于电子电路技术领域。包括定向耦合器、第一/二低噪声放大器、阈值检测器、第一/二单刀双掷开关；定向耦合器的输入端用于接收输入信号，定向耦合器的两信号输出端分别连接第一低噪声放大器和第一单刀双掷开关的输入端，第二低噪声放大器接入第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关之间；阈值检测器的输入端与第一低噪声放大器输出端相连，阈值检测器的输出端分别与第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的控制端相连。本发明通过阈值检测器控制第二低噪声放大器接入电路与否，从而控制是否对射频输出信号进行增益放大。本发明具有简单实用、动态范围大，响应时间短，系统稳定性高的特点。

Description

一种自动增益控制电路

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种自动增益控制电路。

背景技术

随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路(Automatic Gain Control，以下简称“AGC”)越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。AGC是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整，在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化，使得接收机不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而发生饱和或堵塞。

在仪器仪表设备的电子电路中，尤其是用于传感器信号采集的电路中，通常都设置有采用正负电源供电，用于调整输入信号增益的自动增益控制放大电路。AGC电路是典型闭环电子电路，从结构形式上分为前馈AGC和反馈AGC，从实现方式上，分为模拟AGC、数字AGC和混合AGC。

目前，由于绝大部分传感器输出为双极性交流模拟信号，且输出信号幅度小，动态范围宽，只有采用双电源供电的自动增益控制放大，才可以为后端数据采集模块提供满足其输入范围要求且完整的传感器信号，以实现对模拟物理量的数字化处理。

目前采用的双电源自动增益控制放大电路，大部分存在着带宽较窄、通频带内幅频特性起伏大等问题，所以需要一改进的自动增益控制电路以满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种自动增益控制电路，解决原双电源自动增益控制放大电路的带宽较窄、通频带内幅频特性起伏大等缺点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动增益控制电路，包括定向耦合器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、阈值检测器、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关；

所述的定向耦合器的输入端用于接收输入信号，定向耦合器的两信号输出端分别连接第一低噪声放大器和第一单刀双掷开关的输入端，第二低噪声放大器接入第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关之间；阈值检测器的输入端与第一低噪声放大器输出端相连，阈值检测器的输出端分别与第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的控制端相连；

所述的阈值检测器接收第一低噪声放大器输出的模拟信号，通过判断接收到的模拟信号是否超过阈值，从而通过输出数字信号Q和

的高低电平来控制第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的连接方式；如果接收的模拟信号超过阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为高电平，控制第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关直接连通，第二低噪声放大器不接入电路；如果接收的模拟信号没有达到阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为低电平，控制第一单刀双掷开关的输出端与第二低噪声放大器的输入端接通，第二低噪声放大器的输出端与第二单刀双掷开关的输入端接通，使射频输出信号经过第二低噪声放大器放大后输出。

进一步地，第一单刀双掷开关受阈值检测器的输出信号控制，该单刀双掷开关的双输入端分别与定向耦合器、阈值检测器的输出端相连，两输出端分别与第二低噪声放大器、第二单刀双掷开关的输入端相连。

第二单刀双掷开关受阈值检测器的输出信号控制，该单刀双掷开关的三个输入端分别与第二低噪声放大器、第一单刀双掷开关、阈值检测器的输出端相连，单输出端作为最终信号输出。

进一步地，所述的低噪声放大器对信号有16-25dB的增益，阈值检测器对信号有30-50dBm的衰减，单刀双掷开关对信号有0.5-2.5dB的衰减；定向耦合器中，耦合射频信号相对于射频输入信号有10-20dB的衰减，射频输出信号相对于射频输入信号有0.5-1.5dB的衰减。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本方案的自动增益控制电路中，阈值检测器检测放大后的耦合射频信号，并产生数字信号来控制单刀双掷开关的连接方式，从而控制是否对射频输出信号进行增益放大，设计简单实用，同时，单刀双掷开关的控制方式，使得电路的动态范围大，响应时间短，系统稳定性高。

附图说明

图1为本实施例示出的自动增益控制电路总体结构框图。

图2为本实施例示出的自动增益控制电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。

参见图1所示，本发明提供了一种自动增益控制电路，包括定向耦合器、第一低噪声放大器2、第二低噪声放大器5、阈值检测器3、第一单刀双掷开关4和第二单刀双掷开关6。

定向耦合器，用于将输入的单路信号耦合为两路输出信号；

低噪声放大器，用于放大从定向耦合器耦合出的模拟信号；

阈值检测器，用于接收放大后的模拟信号以及判断该模拟信号是否超过阈值；

单刀双掷开关，根据阈值检测器的输出，确定是否对原始输入信号进行增益。

定向耦合器1的输入端用于接收输入信号，定向耦合器1的两信号输出端分别连接第一低噪声放大器2和第一单刀双掷开关4的输入端，第二低噪声放大器5接入第一单刀双掷开关4和第二单刀双掷开关6之间；阈值检测器3的输入端与第一低噪声放大器2的输出端相连，阈值检测器3的输出端分别与第一单刀双掷开关4和第二单刀双掷开关6的控制端相连，用于控制第二低噪声放大器5是否接入电路，从而控制是否对输入信号进行增益放大；最终由第二单刀双掷开关6将结果信号输出。

图2所示为本发明的具体电路图。表1为图2所示电路结构图中各标识的解释。

表1

所述的定向耦合器对输入的模拟信号进行定向耦合，产生射频输出信号和耦合射频信号。本实施例中，定向耦合器以ADC-15-4+芯片U5为核心，芯片U5的1引脚与输入信号相连，芯片U5的2引脚接地，芯片U5的3引脚与电容C26(1.5pF)的一端、电感L4(5.1nH)的另一端三者相连，电容C26的另一端接地，电感L4的另一端接电容C28(2.2uF)的一端，芯片U5的4引脚与电阻R11(49.9Ω)的一端相连，电阻R11的另一端接地，芯片U5的5引脚与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接地，芯片U5的3引脚作为耦合射频信号的输出端，芯片U5的6引脚作为射频输出信号的输出端。

本实施例中，通过上述电路产生的射频输出信号相对与射频输入信号有0.7dB的衰减，耦合射频信号相对于射频输入信号有-15.5dB的衰减。

所述的第一低噪声放大器2通过上述的电容C28、电感L4与定向耦合器的3引脚相连，第一低噪声放大器2输入定向耦合器产生的耦合射频信号，并对该信号增益后输出。

本实施例中，第一低噪声放大器以LHA-13LN+芯片U9为核心，芯片U9的3引脚与电容C28的另一端相连，同时，芯片U9的3引脚与电容C31(0.1uF)的一端相连，电容C31的另一端与电阻R19(1.5kΩ)的一端相连；芯片U9的7引脚、电阻R19(1.5kΩ)的另一端、电容C30(2.2uF)的一端、电感L5(LQH32DN150K53L)的一端四者相连，电感L5的另一端、电容C34(10uF)的一端、电容C35(1nF)的一端、+3.3V电源四者相连，电容C34的另一端、电容C35的另一端接地；芯片U9的其他引脚均接地。所述的+3.3V电源作为芯片U9的直流输入源，芯片U9的7引脚作为第一低噪声放大器的输出端，对接收到的定向耦合器产生的耦合射频信号产生16-25dB的增益。

所述的阈值检测器的输入端与第一低噪声放大器2输出端相连，通过判断接收到的模拟信号电压是否超过设定的阈值电压，从而输出数字信号控制两个单刀双掷开关的连接方式。检测器两输出端分别与两单刀双掷开关控制端相连，用于提供控制信号到两单刀双掷开关，以确定是否对定向耦合器的射频输出信号进行增益。具体的，如果接收的模拟信号电压超过阈值检测器设定的阈值电压，则输出数字信号使两单刀双掷开关调整至互相连通的形式；如果接收的模拟信号电压没有达到阈值检测器设定的阈值电压，则输出数字信号使两单刀双掷开关均与第二低噪声放大器连通，实现对射频输出信号的增益。

阈值检测器以ADL5904芯片U10为核心，芯片U10的阈值校准引脚3和VRMS引脚均与数字高电平相连，DECL引脚通过4.02Ω电阻和0.1uF电容接地，并通过0.1uF电容与CRMS引脚相连；VP引脚与通过并联10uF、0.1uF、0.1nF电容接地来稳压的3.3V电源相连，该阈值检测器的两路输出Q、

分别与两单刀双掷开关的TTL控制电压输入引脚经100Ω电阻电路相连(开关4与

相连，开关6与Q相连)，以通过阈值检测器的不同输出控制单刀双掷开关的不同连接，以确定是否对定向耦合器的射频输出信号进行增益。阈值检测器对信号有30-50dBm的衰减。

本实施例中，阈值检测器以ADL5904芯片U10为核心，芯片U10的1引脚与电容C30的另一端相连；芯片U10的3引脚与高电平信号相连；芯片U10的4引脚、电阻R20(4.02Ω)的一端、电容C32(0.1uF)的一端三者相连，电容C32的另一端接芯片U10的9引脚，电阻R20的另一端接电容C36(0.1uF)的一端，电容C36的另一端接地；芯片U10的5引脚、7引脚相连后再与电容C37(10uF)的一端、电容C38(0.1uF)的一端、电容C39(1nF)的一端、+3.3V电源四者相连，电容C37的另一端、电容C38的另一端、电容C39的另一端均接地；芯片U10的10引脚分别与高电平信号、电容C33(10nF)的一端相连，电容C33的另一端接地；芯片U10的12引脚、电阻R13的一端、电阻R8(100Ω)的一端三者相连，电阻R13的另一端接与门(SN74AHC1G08DBV芯片U8)的A、B引脚，芯片U8的VCC引脚分别与+3.3V电源、电容C27(0.1uF)的一端相连，电容C27的另一端接地，芯片U8的Y引脚与电阻R15(33Ω)的一端相连，电阻R15的另一端和信号端口相连；芯片U10的13引脚与电阻R9(100Ω)的一端相连；芯片U10的14引脚与电阻R14(10kΩ)相连，电阻R18另一端接+3.3V电源；芯片U10的15引脚分别与信号端口和电阻R18(10kΩ)的一端相连，电阻R18的另一端接地；芯片U10的16引脚分别与电容C29(0.1uF)的一端、电阻R16(10kΩ)的一端、电阻R17(1kΩ)的一端三者相连，电容C29的另一端、电阻R17的另一端均接地，电阻R16的另一端与+3.3V电源相连。芯片U10的2、6、8引脚悬空，11、17引脚接地。

两个单刀双掷开关以M3SW-2-50DRA+芯片为核心，VDD、VEE引脚分别经11.5Ω与±5V电源相连、经0.1uF电容接地，第一单刀双掷开关4的两输出引脚分别与第二单刀双掷开关6的一输入引脚和第二低噪声放大器5的信号输入引脚经2.2uF电容相连；第二单刀双掷开关6的另一输入引脚与第二低噪声放大器5的输出引脚经2.2uF电容相连。

在本实施例中，第一单刀双掷开关以M3SW-2-50DRA+芯片U6为核心，第二单刀双掷开关以M3SW-2-50DRA+芯片U7为核心，均受阈值检测器的输出信号控制。单刀双掷开关对信号有0.5-2.5dB的衰减。

芯片U6的1引脚与芯片U7的4引脚相连，芯片U6的2引脚与电阻R9的另一端相连，芯片U6的4引脚与电容C21(2.2uF)的一端相连；芯片U6的5引脚分别与电容C20(0.1uF)的一端、电阻R5(11.5Ω)的一端相连，电容C20的另一端接地，电阻R5的另一端接+5V电源；芯片U6的6引脚与定向耦合器的芯片U5的6引脚相连；芯片U6的7引脚分别与电容C24(0.1uF)的一端、电阻R7(11.5Ω)的一端相连，电容C24的另一端接地，电阻R7的另一端接-5V电源；芯片U6的3、8、9引脚均接地。

芯片U7的1引脚与电容C22(2.2uF)的一端相连；芯片U7的2引脚与电阻R8的另一端相连；芯片U7的5引脚分别与电容C25(0.1uF)的一端、电阻R10(11.5Ω)的一端相连，电容C25的另一端接地，电阻R10的另一端接+5V电源；芯片U7的7引脚分别与电容C23(0.1uF)的一端、电阻R6(11.5Ω)的一端相连，电容C23的另一端接地，电阻R6的另一端接-5V电源；芯片U7的3、8、9引脚均接地，芯片U7的6引脚作为信号输出端。

所述的第二低噪声放大器5通过上述的电容C21、电容C22分别与两个单刀双掷开关相连。

本实施例中，第二低噪声放大器以LHA-13LN+芯片U4为核心，芯片U4的3引脚与电容C21的另一端、电容C19(0.1uF)的一端相连，电容C19的另一端与电阻R4(1.5kΩ)的一端相连；芯片U4的7引脚与电阻R4的另一端、电容C22的另一端、电感L3(LQH32DN150K53L)的一端相连，电感L3的另一端、电容C13(1uF)的一端、电容C14(1nF)的一端、+5V电压源四者相连；芯片U4的其余引脚均接地。

上述电路在工作时，阈值检测器接收第一低噪声放大器2输出的信号，通过判断接收到的模拟信号是否超过阈值，从而通过输出数字信号Q和

的高低电平来控制单刀双掷开关的连接方式。如果接收的模拟信号超过阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为高电平，控制第一单刀双掷开关4的OUT1(芯片U6的1引脚)接通，第二单刀双掷开关6的OUT2(芯片U7的4引脚)接通，使得两个单刀双掷开关直接连通，即射频出射信号不经过第二低噪声放大器5而直接输出；如果接收的模拟信号没有达到阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为低电平，控制第一单刀双掷开关4的OUT2(芯片U6的4引脚)接通，第二单刀双掷开关6的OUT1(芯片U7的1引脚)接通，使得射频输出信号经过第二低噪声放大器5进行放大后输出。

综上，这种自动增益控制电路通过判断耦合射频信号的大小，控制单刀双掷开关以连接不同的通路，从而控制射频输出信号即原输入信号的增益与否。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动增益控制电路，其特征在于，包括定向耦合器(1)、第一低噪声放大器(2)、第二低噪声放大器(5)、阈值检测器(3)、第一单刀双掷开关(4)和第二单刀双掷开关(6)；

所述的定向耦合器(1)的输入端用于接收输入信号，定向耦合器(2)的两信号输出端分别连接第一低噪声放大器(2)和第一单刀双掷开关(4)的输入端，第二低噪声放大器(5)接入第一单刀双掷开关(4)和第二单刀双掷开关(6)之间；阈值检测器(3)的输入端与第一低噪声放大器(2)输出端相连，阈值检测器(3)的输出端分别与第一单刀双掷开关(4)和第二单刀双掷开关(6)的控制端相连；

所述的阈值检测器接收第一低噪声放大器输出的模拟信号，通过判断接收到的模拟信号是否超过阈值，从而通过输出数字信号Q和

的高低电平来控制第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的连接方式；如果接收的模拟信号超过阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为高电平，控制第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关直接连通，第二低噪声放大器不接入电路；如果接收的模拟信号没有达到阈值检测器的阈值，阈值检测器输出Q为低电平，控制第一单刀双掷开关的输出端与第二低噪声放大器的输入端接通，第二低噪声放大器的输出端与第二单刀双掷开关的输入端接通，使射频输出信号经过第二低噪声放大器放大后输出。

2.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的定向耦合器(1)对输入的模拟信号进行定向耦合，产生射频输出信号和耦合射频信号；所述的射频输出信号输入到第一单刀双掷开关，耦合射频信号经第一低噪声放大器(2)进行放大，阈值检测器对放大后的耦合射频信号进行判断，从而控制第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的连接方式，实现对射频输出信号的自动增益。

3.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的定向耦合器(1)以ADC-15-4+芯片U5为核心，芯片U5的1引脚与输入信号相连；芯片U5的2引脚接地；芯片U5的3引脚、电容C26的一端、电感L4的一端三者相连，电容C26的另一端接地，电感L4的另一端接电容C28的一端；芯片U5的4引脚与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接地；芯片U5的5引脚与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接地；芯片U5的3引脚作为耦合射频信号的输出端，芯片U5的6引脚作为射频输出信号的输出端。

4.根据权利要求2所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的第一低噪声放大器(2)通过所述的电容C28、电感L4与定向耦合器的3引脚相连，第一低噪声放大器输入定向耦合器产生的耦合射频信号，并对耦合射频信号放大后输出。

5.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的第一低噪声放大器(2)以LHA-13LN+芯片U9为核心，芯片U9的3引脚与电容C28的另一端相连，同时，芯片U9的3引脚与电容C31的一端相连，电容C31的另一端与电阻R19的一端相连；芯片U9的7引脚、电阻R19的另一端、电容C30的一端、电感L5的一端四者相连，电感L5的另一端、电容C34的一端、电容C35的一端、+3.3V电源四者相连，电容C34的另一端、电容C35的另一端接地；芯片U9的其他引脚均接地，芯片U9的7引脚作为第一低噪声放大器的输出端，对接收到的定向耦合器产生的耦合射频信号产生16-25dB的增益。

6.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的第二低噪声放大器(5)以LHA-13LN+芯片U4为核心，芯片U4的3引脚通过电容C21连接第一单刀双掷开关，且3引脚与电容C19的一端相连，电容C19的另一端与电阻R4的一端相连；芯片U4的7引脚通过电容C22与连接第二单刀双掷开关，且7引脚、电阻R4的另一端、电感L3的一端三者相连，电感L3的另一端、电容C13的一端、电容C14的一端、+5V电压源四者相连；芯片U4的其余引脚均接地。

7.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的阈值检测器以ADL5904芯片U10为核心，芯片U10的1引脚通过电容C30连接第一低噪声放大器；芯片U10的3引脚与高电平信号相连；芯片U10的4引脚、电阻R20的一端、电容C32的一端三者相连，电容C32的另一端接芯片U10的9引脚，电阻R20的另一端接电容C36的一端，电容C36的另一端接地；芯片U10的5引脚、7引脚相连后再与电容C37的一端、电容C38的一端、电容C39的一端、+3.3V电源四者相连，电容C37的另一端、电容C38的另一端、电容C39的另一端均接地；芯片U10的10引脚分别与高电平信号、电容C33的一端相连，电容C33的另一端接地；芯片U10的12引脚通过电阻R8连接第二单刀双掷开关，且12引脚与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端接与门芯片U8的A、B引脚，芯片U8的VCC引脚分别与+3.3V电源、电容C27的一端相连，电容C27的另一端接地，芯片U8的Y引脚与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端和信号端口相连；芯片U10的13引脚通过电阻R9与第一单刀双掷开关相连；芯片U10的14引脚与电阻R14相连，电阻R18另一端接+3.3V电源；芯片U10的15引脚分别与信号端口和电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接地；芯片U10的16引脚分别与电容C29的一端、电阻R16的一端、电阻R17的一端三者相连，电容C29的另一端、电阻R17的另一端均接地，电阻R16的另一端与+3.3V电源相连；芯片U10的2、6、8引脚悬空，11、17引脚接地。

8.根据权利要求1所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的第一单刀双掷开关(4)和第二单刀双掷开关(6)以M3SW-2-50DRA+芯片为核心，VDD、VEE引脚分别经电阻与±5V电源相连、经电容接地，第一单刀双掷开关的两输出引脚分别与第二单刀双掷开关的一输入引脚和第二低噪声放大器的信号输入引脚经电容相连；第二单刀双掷开关的另一输入引脚与第二低噪声放大器的输出引脚经电容相连。

9.根据权利要求8所述的一种自动增益控制电路，其特征在于，所述的第一单刀双掷开关以M3SW-2-50DRA+芯片U6为核心，第二单刀双掷开关以M3SW-2-50DRA+芯片U7为核心，均受阈值检测器的输出信号控制；

芯片U6的1引脚与芯片U7的4引脚相连，芯片U6的2引脚通过电阻R9连接阈值检测器，芯片U6的4引脚通过电容C21连接第二低噪声放大器；芯片U6的5引脚分别与电容C20的一端、电阻R5的一端相连，电容C20的另一端接地，电阻R5的另一端接+5V电源；芯片U6的6引脚连接定向耦合器；芯片U6的7引脚分别与电容C24的一端、电阻R7的一端相连，电容C24的另一端接地，电阻R7的另一端接-5V电源；芯片U6的3、8、9引脚均接地；

芯片U7的1引脚通过电容C22连接第二低噪声放大器，芯片U7的2引脚通过电阻R8连接阈值检测器；芯片U7的5引脚分别与电容C25的一端、电阻R10的一端相连，电容C25的另一端接地，电阻R10的另一端接+5V电源；芯片U7的7引脚分别与电容C23的一端、电阻R6的一端相连，电容C23的另一端接地，电阻R6的另一端接-5V电源；芯片U7的3、8、9引脚均接地，芯片U7的6引脚作为信号输出端。

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