CN1179042A - 直接系列广谱通信系统中的自动增益控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种直接系列广谱通信系统,有一个小型的自动增益控制装置,供精密控制所收到信号的增益之用。自动增益控制装置有一个收信信号增益控制器,供促使RF放大器在所收到信号的电平高于正常工作电平时在分组收信期间起衰减器的作用,从而使所收到信号的电平衰减到正常工作电平时改变中频变频器本机振荡信号的输出电平,从而使中频级产生的中频信号的输出电平与基带级的输入电平相当。

Description

直接系列广谱通信系统中的自动增益 控制装置和方法

本发明涉及一种直接系列广谱通信系统，更具体地说，涉及一种供自动控制所收到信号的增益的自动增益控制装置及有关方法。

直接系列广谱通信系统按分组单元发送信号，且为了最大限度地减小调制解调器中在基带下引起的干扰，需要在收到分组期间保持最佳的收信电平。具体地说，市内通信采用LAN(局域网)时，通信系统可能收到强度超过最高容许收信电平的输入信号。因此，通信系统需要有一个适当控制高功率输入的收信增益控制电路。这类自动增益控制电路在1993年8月3日颁发的题为“无线电话收信机中的自动控制电路”的美国专利5,233,634充分公开过。

参看图1，图中示出了美国专利5,233,634中公开的自动增益控制电路。

在直接系列广谱通信系统的收信机中，所收到信号的大部分总的增益控制是在基带频率部分(即在I和Q分支中)进行的，即信号的放大是逐步地控制，只有总增益控制的次要部分是在RF(射频)级进行的。

如图1中所示，高放大级由放大器(9a，10a，11a，12a；9b，10b，11b，12b)组成，其中所要求的放大器由数码控制(A，B)的多路复用器13a和13b激发，低放大级由电阻衰减器14a和14b组成，其中所要求电平的信号由数码控制(C，D，E)的多路复用器15a和15b选取。此外，RF放大器2有两个放大等级，所要求的放大则用数码控制(F)选取。用不同的数码控制组合(A，B，C，D，E，F)就可以覆盖收信机所要求的整个增益控制范围。

然而，现有技术的装置需要有一个控制器和多个串行耦合的放大器，控制器用以计算整个信号数码控制所需要的非常复杂的数字公式，各放大器用以控制增益的增益各不相同。此外，一般的自动增益控制器具有多个多路复用器和阻值固定的电阻器。由于现有技术的装置使用大量元件，因而造价会提高，这是我们所不希望的，而且还使装置的小型化难以实现。此外，由于各放大器和电阻器的增益和阻值分别是固定的，因而要精密控制增益有困难。

因此，本发明的目的是提供直接系列广谱通信系统中的一种用以精密控制所收到信号的增益的增益控制装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种小巧的自动增控制装置。

本发明的又另一个目的是提供一种用以避免系统性能因收到的信号功率高时引起的系统饱和而变坏的自动增益装置和方法。

本发明还有另一个目的，即提供一种用以除去本机振荡器的二次和三次谐波从而消除系统噪音的自动增益控制装置和方法。

按照本发明的一个方面，本发明提供的直接系列广谱通信系统收信机的一种自动增益控制装置有一个收信信号增益控制器，用以使RF放大器在所收到信号的电平高于正常工作电平时在分组收信期间作为衰减器工作，从而使所收到信号的电平衰减到正常电平，且用以在所收到信号的电平等于或低于正常工作电平时调节中频变频器本机振荡信号的输出电平，从而使中频级产生的中频信号的输出电平与基带级的输入电平相当。

此外，所述自动增益控制装置有一个低通滤波器供滤除本机振荡器的二次和三次谐波从而消除系统噪音用。

此外，还可以用多个滤波器来精密控制所收到信号的增益，从而提供系统所需要的精确信号电平。此外，本发明的自动增益控制装置采用多个低通滤波器以便轻易控制所收到信号的衰减过程。

从下面参照附图所作的详细说明可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中：

图1是现有技术自动增益控制装置的示意图；

图2是直接系列广谱通信系统的收发信机连同本发明一个实施例的自动增益控制装置的示意图；

图3是本发明的第一收信功率控制器100连同有关的外围电路的详细电路图；

图4是本发明的第二收信功率控制器200连同有关的外围电路的详细电路图；

图5示出了本机振荡器30的输出电平与低通滤波器44的截止频率的关系特性曲线；

图6示出了二极管混频器32的输出电平与本机振荡器30的输出电平的关系特性曲线；

图7示出了低通滤波器44的截止频率与RSSI电平的关系特性曲线。

下面参照附图详细说明本发明的最佳实施例。附图中，相同的编号表示相同的元件。此外，应该清楚理解的是，许多诸如详细的电路元件之类的具体细节仅仅是为了更好地理解本发明而举例说明的，没有这些具体细节也同样可以实施本发明。此外，对现有技术的那些无助于说明本发明基本原理的部分，这里不详细说明。

参看图2。本发明的收发信机包括天线20、带通滤波器(BPF)22、RF开关24、发信机46和收信机48。RF开关24是个单极双掷开关，其作用是将系统转接到发信机46或转接到收信机48。

收信机48包括本发明的自动增益控制器。具体地说，收信机48包括低噪声放大器(LNA)26、带通滤波器36、解调器38和收信信号增益控制器40。收信信号控制器40由收信功率控制器42和低通滤波器(LPF)44组成。收信功率控制器42由与低噪声放大器26相联系的第一收信功率控制器100(如图3中所示)和与低通滤波器44相联系的第二收信功率控制器200(如图4中所示)组成。低通滤波器44介于本机振荡器30与混频器32之间，由第二收信功率控制器200控制。

通过天线20接收下来的RF信号经带通滤波器22和RF开关24加到低噪声放大器26上。通常，低噪声放大器26的增益G是在下述条件下确定的。就是说，RF信号的强度与低噪声放大器26既定的增益相加得出的和值不应超过1分贝输出抑制点P1分贝。此外，低噪声放大器26的输出强度不应超过混频器32的1分贝输入。此外，为了提高系统在存在各种信号的环境下的性能，输入信号应取得使其不超过应于第三输入交叉点IIP3的P1分贝。低噪声放大器26的

信号工作范围＝IP1分贝-MDS(最小鉴别信号)；且

其杂散自由工作范围＝2/3(IIP3-MDS)

因此，低噪声放大器26的增益G应安上文确定。

另一方面，收信功率控制器42由第一收信功率控制器100和第二收信功率控制器200组成。第一收信功率控制器100在收到高电平(或高功率)RF信号时在分组收信期间控制RF放大器(即低噪声放大器26)从而使RF信号的电平衰减。这里，高电平RF信号是指超过P1分贝的RF信号，通常是在象LAN之类的短距离通信中产生的。

参看图3，图中示出了第一收信功率控制器100，收到的RF信号的强度，即所收到信号强度指示器(RSSI)电平即在第一收信功率控制器100中加到比较器54的一个输入端上。比较器54的另一个输入端耦合到基准电压V_ref1上，其准电压V_ref1是通过将电源电压V_cc分配到电阻器50和52上确定的。这样，若所收到RF信号的RSSI电平高于基准电压V_ref1，比较器54的输出节点A就会产生逻辑“高”电平。但若所收到RF信号的RSSI电平低于基准电压V_ref1，比较器54的输出端A就会产生逻辑“低”电平。比较器54的输出端A接D触发器56的输入端D，D触发器56的时钟端CLK耦合到(在基带基工作的)调制器38检测出载波时产生的载波检测信号CRS上。载波检测信号CRS还加到“与”门58的输入端上。D触发器56根据收信起动信号RX-EN在其输出端Q产生逻辑“低”电平。D触发器56根据(逻辑“高”电平的)载波检测信号CRS通过输出端Q将输入端D的逻辑电平传送给“与”门58的另一个输入端。

“与”门58在载波检测信号CRS和“与”门58的输出端都处于逻辑“高”态时给场效应晶体管(FET)60产生逻辑“高”电平。EFT60是个P沟道晶体管，在“与”门58的输出端处于逻辑“高”电平时不导通。若EFT60不导通，则经FET60供给低噪声放大器26的电源电压V_cc被切断。这时，低噪声放大器26起衰减器的作用，防止系统因功率输入高而饱和。相反，低噪声放大器26在正常情况下在RSS溻平与输入的高功率不相称或载波检测信号CRS处于逻辑“低”电平时放大所收到的RF输入信号。

应该指出的是，D触发器36是用来防止比较器54的输出端因收到分组信号时在分组信号长度那么长的短时间(通常为几个毫秒)内产生的脉动信号引起的波动。此外，“与”门58将载波检测信号CRS与D触发器56的输出“与”起来。从而防止因可能通过接收RSSI电平的通路流入的噪声而引起的误操作。

此外，FET60与低噪声放大器26之间加了一个电感线圈62，这样排他地提供给低噪声放大器26的只是电源电压V_cc的直流分量。此外，如图中所示，RF开关24与低噪声放大器26之间连接有耦合电容器64，低噪声放大器26与带通滤波器28之间连接有耦合电容器66。

参看图2。若收到的RF输入信号为高功率信号，则高功率RF信号会在低噪声放大器26处调节成正常电平。但若收到的RF输入信号处于正常电平或低于正常信号电平，则收到的RF信号在低噪声放大器26正常放大之后经带通滤波器28加到混频器32上。混频器32将收到的信号转换成中频信号。混频器32通常由二极管混频器构成，其变频增益可根据本机振荡器30产生的本机振荡信号的输出电平加以调节。这样，收到的信号就会与带通滤波器34的输入电平相当。

现在参看图2和图4至图7详细说明本发明的自动增益控制装置。从普通二极管的电压/电流特性曲线可知，流过二极管的电流可用(1)式表示： $I=I_s(e^{\mathrm{\αN}}-1),\mathrm{\α}=\frac{1}{\mathrm{nKT}}-----\left(1\right)$

其中I_s＝饱和电流，

n＝根据二极管结构得出的理想常数，

K＝波耳兹曼常数，

T＝绝对温度(°K)。

因此，普通的二极管混频器其特性如图6所示可按输入电压(或输入功率)加以调节，其中输出电平从最大输出电压(功率)点开始下降。图6示出了二极管混频器32的输出电平与振荡器30的输出电平的关系特性曲线。

按照本发明，本机振荡器30的输出系控制得使其促使混频器32的输出与带通滤波器34的最佳输入电平相当。本机振荡器30的输出由收信功率控制器42中的第二收信功率控制器200以及低通滤波器44控制。

参看图4，图中示出了本发明的第二收信功率控制器200和与外围电路相联系的低通滤波器44。如图中所示，差动放大器74的一个输入端耦合到RSSI电平，另一个输入端耦合到细调基准电压V_ref2，基准电压V_ref2由电源电压V_cc分配到电阻器70和72上确定。收到的信号低于最小鉴别信号MDS时，细调基准电压V_ref2的基准电平与RSSI电平相当。

差动放大器74从RSSI电平减去细调基准电压V_ref2(即RSSI-V_ref2)，从而在输出节点B产生输出电压值。这样，若RSSI电平高于细调基准电压V_ref2，差动放大器74就会产生‘RSSI-V_ref2’的输出电压值。但若RSSI电平低于细调基准电压V_ref2，则差动放大器74产生“0”的输出电压。

差动放大器74的输出电压加到低通滤波器44的变容二极管92和96，以改变低通滤波器44的截止频率。低通滤波器44由低通滤波器210A和低通滤波器210B构成。低通滤波器210A由电感线圈80和变容二极管82并联连接组成，低通滤波器210B由电感线圈84和变容二极管86并联连接组成。低通滤波器44的截止频率可用下面的(2)式表示：

截止频率＝

其中L和C分别表示低通滤波器44中电感线圈的电感值和变容二极管的电容值。

差动放大器74的输出电压值使低通滤波器44的电容C发生变化。从(2)式中可知，差动放大器74的输出电压值增加得越大(即变容二极管的电容增加得越大)，低通滤波器44的截止频率下降得越少。相反，差动放大器74的输出电压值减小得越少，截止频率提高得越大。若差动放大器74的输出电压值为“0”，则截止频率的值为无穷大。但若差动放大器74的RSSI-V_ref2输出电压值超过预定值，则低通滤波器44的截止频率取最小临界截止值f_1c。若差动放大器74的输出电压值为“0”，则截止频率取最大临界截止值。图7示出了低通滤波器44的截止频率与RSSI电平的关系特性曲线。

参看图7。低通滤波器44的截止频率随着RSSI电平的提高而下降。若低通滤波器44的截止频率下降，本机振荡器30的输出电平就下降，如图5本机振荡器50的输出电平与低通滤波器44的截止频率的关系特性曲线所示。此外，若RSSI电平下降，低通滤波器44的截止频率下降，从而使本极振荡器30的输出电平提高，如图5中所示。

这样，由于加到二极管混频器32的本机振荡信号的输出电平与所收到信号的功率成反比，因而二极管混频器32将通过带通滤波器28接收下来的RF输入信号与本机振荡信号混合，从而使二极管混频器32的输出电平与带通滤波器34的输入电平相当。

参看图4。低通滤波器44用以除去本机振荡器30产生的本机振荡信号的二次和三次谐波，从而消除系统的噪音。此外，由于低通滤波器44的衰减特性是线性的，因而可以细调电平。此外，由于低通滤波器44的衰减每当增加一个LC滤波器就增加到3个分贝(dB)，因此只要确定LC滤波级的级数就可以任意调节所要求的增益。举例说，图7的曲线(a)示出了采用两个LC滤波级时的特性曲线，图7的曲线(b)示出了采和三个LC滤波级时的特性曲线。

虽然上面已就本发明的最佳实施例进行说明，但本技术领域的行家们都知道对本发明在此教导的基本原理是可以进行种种更改和/或修改的，而这些更改和/或修收仍然属于本发明在所附权利要求书中所述的精神实质和范围。

Claims (9)

1.直接系列广谱通信系统中收信机的一种自动增益控制装置，其特征在于：

它有一个收信信号增益控制器，用以使RF放大器在所收到信号的电平高于正常工作电平时在分组收信期间起衰减器的作用，从而使收到的信号的电平衰减到正常电平，并用以在所收到信号的电平等于或低于正常工作电平时改变中频率频器的本机振荡信号的输出电平，从而使中频级产生的中频信号的输出电平与基带级的输入电平相当。

2.如权利要求1所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述收信信号控制器包括：

第一收信功率控制器，用以在所收到信号的电平高于正常工作电平时在分组收信期间切断电源电压对RF放大器的供电，从而使RF放大器起衰减器的作用；

第二收信功率控制器，用以在所收到信号的电平等于或低于正常工作电平时将所收到信号与细调的基准电压相比较，从而根据比较结果产生输出电压；和

一个低通滤波器，用以根据第二收信功率控制器的输出电压改变截止频率，从而根据截止频率的变化控制本机振荡信号的输出电平。

3.如权利要求2所述的收信机自动增益控制装置，其特征在于，所述低通滤波器有起码一个LC滤波级其电容随第二收信功率控制器的输出电平变化。

4.如权利要求2所述的收信机自动增益控制装置，其特征在于，所述低通滤波器由一个电感线圈和一个变容二极管组成。

5.如权利要求2所述的收信机自动增益控制装置，其特征在于，所述第一收信功率控制器包括：

一个比较器，用以在所收到信号的电平高于正常工作电平时将表示收到的信号的强度的电平与与其相应的第一基准电压相比较；

一个锁存器，用以在分组收信期间锁存所述比较器的输出；和

一个电压源控制器，用以根据所述锁存器的输出切断提供给RF放大器的电源电压。

6.如权利要求5所述的收信机自动增益控制装置，其特征在于，所述电源控制器有一个场效应晶体管，供表示收到的信号强度的电平高于所述第一基准电压时切断电源电压用。

7.如2至4任一权利要求所述的收信机自动增益控制装置，其特征在于，所述第二收信功率控制器有一个差动放大器，供放大电压差和将其输出提供给低通滤波器之用，所述电压差为等于或低于正常工作电平表示收到的信号强度与对应于最小鉴别信号表示收到的信号强度的电平的第二基准电压之间的电压差。

8.直接系列广谱通信系统中收信机的一种自动增益控制方法，其特征在于，它包括下列步骤：

所收到信号的电平高于正常工作电平时在分组收信期间令RF放大器起衰减器的作用，从而将所收到信号的电平衰减到正常电平；和

所收到信号的电平等于或低于正常工作电平时改变中频变频器本机振荡信号的输出电平，从而使中频级产生的中频信号的输出电平与基带级的输入电平相当。

9.如权利要求8所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述本机振荡频率的输出电平可随所收到信号的工作电平成反比地变化。

Images