CN116318212A - 超短波电台自动增益控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超短波电台自动增益控制电路和控制方法，电路包括数控衰减器、混频器、中频滤波器、数控可变增益放大器、模数转换电路和和自动增益控制FPGA，还电路包括：自动增益控制FPGA包括模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路、平均功率检测电路和增益控制电路，模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路和平均功率检测电路分别与增益控制电路连接，数字峰值检测电路和平均功率检测电路还与模数转换电路连接；射频检波和比较电路，射频检和比较电路分别与数控衰减器和模拟峰值检测电路连接。本发明可以满足超短波电台多个波形对AGC增益调整周期、信道建立和释放时间的不同要求。

Description

超短波电台自动增益控制电路和控制方法

技术领域

本发明属于自动增益控制技术领域，尤其涉及超短波电台自动增益控制电路和控制方法。

背景技术

在接收机中，自动增益控制(AGC)用于压缩接收信号非同时动态范围，避免大信号时产生非线性失真和ADC溢出，造成接收灵敏度急剧恶化；同时在小信号时提高接收链路增益，改善量化信噪比。

模拟AGC的功率检波、增益计算和调整都是通过模拟电路实现的，优点是检波电路靠近天线端口，检波输出时延较小，且检波带宽较大，可检测更大频率范围的干扰信号，有利于保护前端器件，增强抗干扰性能；缺点是增益计算通过RC积分电路实现，针对不同的AGC响应时间要求需要设计不同的RC积分电路，灵活性差，电路复杂,成本较高。

数字AGC的检波和增益计算通过数字电路实现，具有较高的灵活性，在模拟域只进行增益调整，减少了RC积分电路，降低了硬件成本，但其检波在ADC采样之后，检波时延较大，另一方面，存在带外强干扰被中频滤波器滤除，造成漏检的情况，导致前端器件产生非线性甚至饱和，降低接收灵敏度。

对于超短波电台接收机，其AGC电路设计主要面临如下几个难点。首先，接收信号动态范围大。例如某型电台接收信号动态范围高达140dB，而目前ADC的同时动态范围一般在60dB，这就要求AGC具备80dB的增益调整范围，大的增益调整范围必然导致较长的响应时间，而跳频、扩频等波形体制对信道建立时间有严格的要求，太长的AGC响应时间会降低通信性能甚至通信中断。其次，超短波电台支持的波形体制多，例如某型电台支持七种不同的波形，而不同的波形在信号带宽、帧结构设计差异很大，对增益调整周期、信道的建立和释放时间都有着不同的要求,因此AGC电路要具备一定的灵活性，可根据当前加载的具体波形进行调整。传统的模拟AGC或数字AGC均不能完全满足超短波电台AGC设计要求。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了超短波电台自动增益控制电路和控制方法,可灵活实现不同增益调整周期、信道建立和释放时间的AGC方法。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种超短波电台自动增益控制电路，所述电路包括数控衰减器、混频器、中频滤波器、数控可变增益放大器、模数转换电路和和自动增益控制FPGA，所述还电路包括：

所述自动增益控制FPGA包括模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路、平均功率检测电路和增益控制电路，所述模拟峰值检测电路、所述数字峰值检测电路和所述平均功率检测电路分别与所述增益控制电路连接，所述数字峰值检测电路和所述平均功率检测电路还与所述模数转换电路连接；

射频检波和比较电路，所述射频检和比较电路分别与所述数控衰减器和所述模拟峰值检测电路连接。

进一步的，所述模拟峰值检测电路包括逻辑高电平计数器和第一起控判断逻辑，所述模拟峰值检测电路接收所述比较器输出的逻辑电平，当所述逻辑高电平计数器在统计周期结束时的计数值大于预设值时所述第一起控判断逻辑判定起控，输出起控指示和起控增益。

进一步的，所述第一起控判断逻辑还包括快速起控模式，当所述第一起控判断逻辑位于快速起控模式时，当所述第一逻辑高电平计数器的计数值大于预设值立即判定起控，输出起控指示和起控增益。

进一步的，所述数字峰值功率检测电路包括第一门限检测、第二门限检测、第一计数器、第二计数器和第二起控判断逻辑，所述第一门限检测和所述第二门限检测将输入信号的模平方和各自设定的门限进行比较，计数器对统计周期内的过门限次数进行计数，所述第二起控判断逻辑在统计周期结束时，将计数值和设定值进行比较，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益，若两个计数值同时大于设定值，输出计数值1对应的起控增益。

进一步的，所述第二起控判断逻辑还包括快速起控模式，当所述计数值大于设定值时立即起控，输出起控指示和起控增益。

进一步的，所述平均功率检测电路包括平均功率统计电路、线性转dB电路和迟滞范围判断电路，所述平均功率统计电路计算统计周期内信号的平均功率，所述线性转dB电路将所述平均功率的线性值转换为dB值，并和目标功率相减得到差值输入所述迟滞范围判断电路，若所述差值在设定的迟滞范围以外，则判定起控，差值即为起控增益，输出起控指示和起控增益，并进入等待周期，等待周期结束后，进入下一个统计周期，若所述差值在设定的迟滞范围以内，直接进入下一个统计周期。

进一步的，所述增益控制电路包括优先级判断电路、增益累加和限幅电路和增益分配电路，所述优先级判断电路对来自所述模拟峰值功率检测电路、所述数字峰值功率检测电路和所述平均功率检测电路的起控指示和起控增益进行优先级判断，所述模拟峰值功率检测电路、所述数字峰值功率检测电路和所述平均功率检测电路的优先级预先设定，当同时起控时，输出高优先级电路对应的起控增益；

所述增益累加和限幅电路将所述优先级判断电路输出的起控增益和当前的链路增益相加，相加结果经过限幅后得到新的链路增益；

所述增益分配电路使用链路增益按照预设规则得到各个增益调整节点的控制码字。

进一步的，所述模拟峰值功率检测电路优先级最高，数字峰值功率检测电路优先级第二，数字平均功率检测电路优先级最低。

另一方面，本发明还提供了一种超短波电台自动增益控制方法，所述方法通过前述任一的超短波电台自动增益控制电路实现，所述方法包括：

检测所述超短波电台的模拟信号瞬时功率；

将所述瞬时功率与预设电平进行比较，若所述瞬时功率高于预设电平则输出逻辑高电平，若所述瞬时功率低于预设电平则输出逻辑低电平；

模拟峰值功率检测电路统计预设周期内所述逻辑高电平次数，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益；

数字峰值功率检测电路统计预设周期内过门线次数，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益；

平均功率检测电路统计预设周期内信号的平均功率，当所述功率对应的dB值和目标功率相减得到的差值在设定的迟滞范围以外，则判定起控，输出起控指示和起控增益；

增益控制电路按照预设优先级输出起控增益并计算新的链路增益后按预设规则分配增益。

进一步的，所述方法还包括通过调整检测周期和检测门限优化所述自动增益控制方法。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明针对多个波形对AGC增益调整周期、信道建立和释放时间的不同要求，只需要调整上述电路的各个配置参数，确保了灵活性。

(2)本发明实现了一种数模混合AGC电路，既保留了模拟AGC和数字AGC检波输出时延较小，且检波带宽较大，可检测更大频率范围的干扰信号，有利于保护前端器件，增强抗干扰性能、具有较高的灵活性的优点，又克服了灵活性差，电路复杂,成本较高、检波时延较大，存在带外强干扰被中频滤波器滤除，造成漏检的情况，导致前端器件产生非线性甚至饱和，降低接收灵敏度的缺点，可以满足超短波电台多个波形对AGC增益调整周期、信道建立和释放时间的不同要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超短波电台自动增益控制电路结构框图；

图2是本发明实施例模拟峰值检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例数字峰值检测电路的结构示意图；

图4是本发明实施例平均功率检测电路的结构示意图；

图5是本发明实施例增益控制电路的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于超短波电台接收机，其AGC电路设计主要面临如下几个难点。首先，接收信号动态范围大。例如某型电台接收信号动态范围高达140dB，而目前ADC的同时动态范围一般在60dB，这就要求AGC具备80dB的增益调整范围，大的增益调整范围必然导致较长的响应时间，而跳频、扩频等波形体制对信道建立时间有严格的要求，太长的AGC响应时间会降低通信性能甚至通信中断。其次，超短波电台支持的波形体制多，例如某型电台支持七种不同的波形，而不同的波形在信号带宽、帧结构设计差异很大，对增益调整周期、信道的建立和释放时间都有着不同的要求,因此AGC电路要具备一定的灵活性，可根据当前加载的具体波形进行调整。传统的模拟AGC或数字AGC均不能完全满足超短波电台AGC设计要求。

为了解决上述技术问题，提出了本发明超短波电台自动增益控制方法的下述各个实施例。

参照图1，如图1所示是本实施例提供的超短波电台自动增益控制电路结构框图，该电路具体包括：

数控衰减器(ATT)、混频器、中频滤波器、数控可变增益放大器(DVGA)、ADC和自动增益控制FPGA。

具体地，自动增益控制FPGA包括模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路、平均功率检测电路和增益控制电路，模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路和平均功率检测电路分别与增益控制电路连接，数字峰值检测电路和平均功率检测电路还与模数转换电路连接；

射频检波和比较电路，射频检和比较电路分别与数控衰减器和模拟峰值检测电路连接。

参照图2，如图2所示是本实施例模拟峰值检测电路的结构示意图，模拟峰值功率检测电路包括逻辑高电平计数器和起控判断逻辑。计数器对统计周期内的逻辑高电平进行计数，起控判断逻辑在统计周期结束时，将计数值和设定值进行比较，当计数值大于设定值时，判定起控，同时输出起控指示A和起控增益A。

作为一种实施方式，本实施例模拟峰值检测电路还包括快速起控模式，在快速起控模式下，当计数值大于设定值，立即起控，而不用等统计周期结束。

参照图3，如图3所示是本实施例数字峰值检测电路的结构示意图，数字峰值功率检测电路包括两个过门限检测、两个计数器和一个起控判断逻辑，过门限检测将输入信号的模平方和各自设定的门限进行比较，计数器对统计周期内的过门限次数进行计数，起控判断逻辑在统计周期结束时，将计数值和设定值进行比较，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示B和起控增益B，若两个计数值同时大于设定值，输出计数值1对应的起控增益。

作为一种实施方式，本实施例数字峰值检测电路还包括快速起控模式，在快速起控模式下，当计数值大于设定值，立即起控，而不用等统计周期结束。

参照图4，如图4所示是本实施例平均功率检测电路的结构示意图，平均功率检测电路包括平均功率统计电路、线性转dB电路和迟滞范围判断电路。平均功率统计电路计算统计周期内信号的平均功率，线性转dB电路将功率线性值转换为dB值，和目标功率相减得到差值，若差值在设定的迟滞范围以外，则判定起控，差值即为起控增益，输出起控指示C和起控增益C，并进入等待周期，等待周期结束后，进入下一个统计周期，若差值在迟滞范围以内，直接进入下一个统计周期。

参照图5，如图5所示是本实施例增益控制电路的结构示意图，增益控制电路包括优先级判断电路，增益累加和限幅电路以及增益分配电路。优先级判断电路对来自模拟峰值功率检测电路、数字峰值功率检测电路和数字平均功率检测电路的起控指示和起控增益进行优先级判断，模拟峰值功率检测电路优先级最高，数字峰值功率检测电路优先级次之，数字平均功率检测电路优先级最低，当同时起控时，输出高优先级电路对应的起控增益；增益累加和限幅电路将优先级判断电路输出的起控增益和当前的链路增益相加，相加结果经过限幅后得到新的链路增益；增益分配电路使用链路增益进行查表，得到各个增益调整节点的控制码字。

本实施例针对多个波形对AGC增益调整周期、信道建立和释放时间的不同要求，只需要调整上述电路的各个配置参数，确保了灵活性。上述公开的电路实现架构，实现了一种数模混合AGC电路，既保留了模拟AGC和数字AGC各自的优点，又克服了它们各自的缺点，可以满足超短波电台多个波形对AGC增益调整周期、信道建立和释放时间的不同要求。

通过上述电路实现不同增益调整周期、信道建立和释放时间的AGC方法具体如下：

A.在射频上增加峰值检波和比较器，用于检测模拟信号的瞬时功率，并将检测结果和设定的电平进行比较，高于设定电平输出逻辑高电平，低于设定电平输出逻辑低电平，比较结果经FPGA管脚输入给模拟峰值检测。

B.将数字电路分为模拟峰值检测、数字峰值检测、数字平均功率检测和增益控制电路。其中，模拟峰值检测和数字峰值检测用于快速降增益，采用小步快调的方式；数字平均功率检测用于升降增益，将平均功率和目标功率相减得到增益调整量，采用一步调整到位的方式；增益控制电路对上述三个检测电路的输出进行优先级判断，对三个检测电路进行复位，并输出起控增益，和当前链路增益相加，限幅后得到新的链路增益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超短波电台自动增益控制电路，所述电路包括数控衰减器、混频器、中频滤波器、数控可变增益放大器、模数转换电路和和自动增益控制FPGA，其特征在于，所述还电路包括：

所述自动增益控制FPGA包括模拟峰值检测电路、数字峰值检测电路、平均功率检测电路和增益控制电路，所述模拟峰值检测电路、所述数字峰值检测电路和所述平均功率检测电路分别与所述增益控制电路连接，所述数字峰值检测电路和所述平均功率检测电路还与所述模数转换电路连接；

射频检波和比较电路，所述射频检和比较电路分别与所述数控衰减器和所述模拟峰值检测电路连接。

2.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述模拟峰值检测电路包括逻辑高电平计数器和第一起控判断逻辑，所述模拟峰值检测电路接收所述比较器输出的逻辑电平，当所述逻辑高电平计数器在统计周期结束时的计数值大于预设值时所述第一起控判断逻辑判定起控，输出起控指示和起控增益。

3.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述第一起控判断逻辑还包括快速起控模式，当所述第一起控判断逻辑位于快速起控模式时，当所述第一逻辑高电平计数器的计数值大于预设值立即判定起控，输出起控指示和起控增益。

4.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述数字峰值功率检测电路包括第一门限检测、第二门限检测、第一计数器、第二计数器和第二起控判断逻辑，所述第一门限检测和所述第二门限检测将输入信号的模平方和各自设定的门限进行比较，计数器对统计周期内的过门限次数进行计数，所述第二起控判断逻辑在统计周期结束时，将计数值和设定值进行比较，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益，若两个计数值同时大于设定值，输出计数值1对应的起控增益。

5.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述第二起控判断逻辑还包括快速起控模式，当所述计数值大于设定值时立即起控，输出起控指示和起控增益。

6.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述平均功率检测电路包括平均功率统计电路、线性转dB电路和迟滞范围判断电路，所述平均功率统计电路计算统计周期内信号的平均功率，所述线性转dB电路将所述平均功率的线性值转换为dB值，并和目标功率相减得到差值输入所述迟滞范围判断电路，若所述差值在设定的迟滞范围以外，则判定起控，差值即为起控增益，输出起控指示和起控增益，并进入等待周期，等待周期结束后，进入下一个统计周期，若所述差值在设定的迟滞范围以内，直接进入下一个统计周期。

7.如权利要求1所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述增益控制电路包括优先级判断电路、增益累加和限幅电路和增益分配电路，所述优先级判断电路对来自所述模拟峰值功率检测电路、所述数字峰值功率检测电路和所述平均功率检测电路的起控指示和起控增益进行优先级判断，所述模拟峰值功率检测电路、所述数字峰值功率检测电路和所述平均功率检测电路的优先级预先设定，当同时起控时，输出高优先级电路对应的起控增益；

所述增益累加和限幅电路将所述优先级判断电路输出的起控增益和当前的链路增益相加，相加结果经过限幅后得到新的链路增益；

所述增益分配电路使用链路增益按照预设规则得到各个增益调整节点的控制码字。

8.如权利要求7所述的超短波电台自动增益控制电路，其特征在于，所述模拟峰值功率检测电路优先级最高，数字峰值功率检测电路优先级第二，数字平均功率检测电路优先级最低。

9.一种超短波电台自动增益控制方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-8任一所述的超短波电台自动增益控制电路实现，所述方法包括：

检测所述超短波电台的模拟信号瞬时功率；

将所述瞬时功率与预设电平进行比较，若所述瞬时功率高于预设电平则输出逻辑高电平，若所述瞬时功率低于预设电平则输出逻辑低电平；

模拟峰值功率检测电路统计预设周期内所述逻辑高电平次数，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益；

数字峰值功率检测电路统计预设周期内过门线次数，当计数值大于设定值时，判定起控，输出起控指示和起控增益；

平均功率检测电路统计预设周期内信号的平均功率，当所述功率对应的dB值和目标功率相减得到的差值在设定的迟滞范围以外，则判定起控，输出起控指示和起控增益；

增益控制电路按照预设优先级输出起控增益并计算新的链路增益后按预设规则分配增益。

10.如权利要求9所述的超短波电台自动增益控制方法，其特征在于，所述方法还包括通过调整检测周期和检测门限优化所述自动增益控制方法。

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