CN1336730A - 大动态输入信号自动增益控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大动态输入信号自动增益控制电路,能够补偿二极管在小信号检波时的非线性问题,扩大信号动态范围。其用两级受控增益放大电路来实现电路中的自动增益控制能力,并将输入信号的动态划分为两段,按输入信号的不同动态范围决定电平是否转移,并决定两级增益控制电路的控制状态,其含有一个电平转移电路,检波后的信号经处理一路通向一级控制电路,另一路经过电平转移电路后通向另一级控制电路。
Description
本发明涉及一种大动态输入信号自动增益控制电路，用于无线信号接收、质量较差的有线接收及其他领域中。
目前的现有技术中，自动增益控制电路一般由单个增益放大电路、二极管构成的检波电路、直流电压比较电路和控制电路组成，其中增益放大电路用于放大信号但其增益A是个变化的量，其数据取决于控制电路产生的控制信号Vc，控制信号Vc又取决于对输出信号电平的检波电压Vd，而Vd又是通过检波电路对增益放大电路输出的交流信号检波实现的。日本专利说明书JP-55071306A2虽然揭示了一个两次检波，再进行增益控制的自动增益控制电路，在射频和中频进行两次检波，然后将检波信号进行综合处理，再进行环路增益的控制，但这种控制方法的电路特性在很大程度上依赖于二极管的检波特性，而二极管在小信号检波时，其非线性误差也是不容忽视的，因此具有输出电平不稳定、不能有效地扩展输入信号的动态的缺点。
本发明的任务是提供一种用于通信信道的信号接收的自动增益控制电路，能够补偿二极管在小信号检波时严重失真的非线性特性及由此引起的检波电压、控制电压误差，保证系统输出电平的恒定；同时，保证在输入信号的动态范围内信息传输的质量。
本发明中，接收信号首先经过具有宽动态范围特征的前置处理电路，进行放大、混频、滤波等处理后进入自动增益控制电路，该自动增益控制电路有两级受控增益放大电路，产生交流信号通过检波电路变成直流信号，该信号经过低通滤波、比较放大后从控制电路中产生一个控制信号，再去控制增益放大电路的增益形成了环路。若输入信号PI增加，而使输出电平PO增加，环路产生一个控制信号VC使增益放大电路的增益A减小，反之亦然。为了解决上段提出的任务，本发明的一种解决方案是：该自动增益控制电路将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路来实现电路中的自动增益控制能力，两级反馈回路共用一个检波电路并设置了一个电平转移电路，从后级受控增益放大电路输出的信号经耦合电路连接至两级反馈回路共用的检波电路检波后，一路通向前级受控增益放大电路，另一路通向后级受控增益放大电路。
上述电子转移控制两级增益放大电路控制状态的实现方式可以是：上述检波后信号，一路是通过后级控制电路连至后级受控增益放大电路的，另一路是通过电平转移电路、前级比较放大器、前级控制电路通向前级受控增益放大电路的。
上述电平转移控制两级增益放大电路控制状态的实现方式可以是：上述检波后信号，一路是通过前级控制电路连至前级受控增益放大电路的，另一路是通过电平转移电路、后级比较放大器、后级控制电路通向后级受控增益放大电路的。
为了解决前述提出的任务，本发明的另一种解决方案是：该自动增益控制电路将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路来实现电路中的自动增益控制能力，反馈和前馈回路共用一个检波电路并设置了一个电子转移电路，从前级受控增益放大电路输出的信号经耦合电路连接至反馈和前馈回路共用的检波电路检波后，一路通向前级受控增益放大电路，另一路通向后级受控增益放大电路。
上述电平转移控制两级增益放大电路控制状态的实现方式可以是：上述检波后信号，一路是通过前级控制电路连至前级受控增益放大电路的，另一路是通过电平转移电路、后级比较放大器、后级控制电路通向后级受控增益放大电路的。
上述电平转移控制两级增益放大电路控制状态的实现方式可以是：上述检波后信号，一路是通过后级控制电路连至后级受控增益放大电路的，另一路是通过电平转移电路、前级比较放大器、前级控制电路通向前级受控增益放大电路的。
由于上述两种解决方案采用了电平转移电路，将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路实现电路的自动增益控制能力，使控制电路在小信号时，不完全取决于二极管检波的结果，从而也就避免了因二极管检波的非线性所产生的误差，使电路具有足够大的输入信号动态范围，输出电平保持恒定。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的自动增益(AGC)控制电路第1个解决方案第1种实施方式的框图。
图2是发明中的前置处理电路图。
图3是耦合电路的低频功率分配电路图。
图4是检波电路图。
图5是直流同相放大器电路图。
图6是电平转移电路图。
图7是直流比较放大电路图。
图8是本发明的自动增益(AGC)控制电路第1个解决方案第2种实施方式的框图。
图9是本发明的自动增益(AGC)控制电路第2个解决方案第1种实施方式的框图。
图10是本发明的自动增益(AGC)控制电路第2个解决方案第2种实施方式的框图。
图1所示为本发明的自动增益(AGC)控制电路第1个解决方案第1种实施方式的框图。信号首先经过具有宽动态范围特性的前置处理电路1，进行放大，混频，滤波等处理后进入自动增益控制(AGC)电路，该AGC电路由受控增益放大电路(为了括展输入信号的动态，受控增益放大电路分成两级来完成，如图1中的电路2和电路3。)，耦合电路4，检波电路5，直流信号放大比较电路6、9，电平转移电路8和控制电路7、10几部分组成，该AGC电路的工作原理是，经电路1放大，混频，滤波等处理后的射频信号经电路2，电路3放大，再经过耦合电路4，耦合出一路能反应输出信号大小的耦合信号，该耦合信号进入检波电路5进行检波，低通滤波后，再在电路6中进行直流比较放大后分成两路，一路信号经控制电路7去控制增益放大电路3的增益，另一路信号经过电平转移电路8后再去电路9中进行比较放大或减法计算，其计算结果经控制电路10用于控制受控增益放大电路2的增益。
以下对该电路框图的各部分进行详述：
前置处理电路1：该电路与一般常规的前置处理电路无多大区别，该电路的主要作用是：对接收到的高频信号进行放大，下变频，滤波等处理，将其变为易被AGC电路处理的信号(因AGC电路的一般工作频率不会很高)。所以该电路必须具备噪声小，动态范围大的优点。该电路对信号的处理过程在此就不详述了。该电路的基本原理框图如图2所示。
可控增益放大电路2，3：由于集成电路工业的发展，该部分电路已变得越来越简单，不象以前要用PIN管或晶体管，场效应管等来做，现在甚至可用单片集成电路来完成，象REMD公司的RF2607，RF2609，HP公司的IVA-05208，IVA-05228等电路。只是在实际应用时要根据实际应用场所，结合器件的指标进行合理的选择。
信号耦合电路4：在信号频率较高或输出电平较大时，可用微带线耦合的方法来实现，但是一般AGC电路的工作频率都不会很高，所以可采用电阻网络进行功率分配的方法。典型的电阻功率分配网络如图3所示。
检波电路5：该电路采用二极管串连检波回路，该检波电路由二极管D和RC低通滤波器组成。二极管通常要选用导通电压小，内阻小的锗管。RC电路的作用有两个：一是作为检波器的负载，二是起高频信号的旁路作用。该检波电路如图4所示。
直流放大电路6：采用运算放大器对检波后的直流信号进行同相放大，该直流放大电路的电压增益由一电位器P来调整，其调整的依据是整个AGC电路的输出信号电平要求，该运算放大器的输出电压经控制电路7对可控增益放大电路3的增益进行控制。从而稳定了整个AGC电路的输出信号电平。该直流放大电路6如图5所示。
控制电路7：该控制电路作为运算放大器与可控增益放大电路3之间的缓冲电路，一般以跟随器的形式来实现。以免两者之间的相互影响。
电平转移电路8：电平转移电路是本发明的核心，在前面阐述本发明的设计思想时提到过：本发明是将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路来实现电路中的自动增益控制能力，那麽根据系统的各项指标要求，来确定增益控制的分界点，从而确定电平转移及可控增益放大电路2控制的参考点。由于二极管有单向导通性，所以该电路一般简单的是用二极管或二极管串连的形式来实现，如图6所示(图6中的D1，D2就是完成电平转移的功能)。假如我们设定电平转移的参考点为VR，那麽，当直流同相放大电路6的输出电压V＜VR时，可控增益放大电路3起控，而电平不发生转移，所以，直流比较放大电路9不起作用，可控增益放大电路2处于最大增益放大状态，由此可见，控制电路在小信号时，不完全取决于二极管检波的结果，从而也就避免了因二极管检波的非线性所产生的误差；当直流同相放大电路6的输出电压V＞VR时，电平发生转移，直流比较放大电路9开始起作用，这时，可控增益放大电路2开始起控，可控增益放大电路3同时也处于增益控制状态，这样，就大大地扩展了输入信号的动态范围，同时也可保证输出信号的电平稳定。
直流比较放大电路9：采用运算放大器对转移后的直流信号电平进行比较放大，或采用减法器对转移后的直流信号电平进行减法运算，具体要采用哪种形式的电路，要根据可控增益放大电路2的控制特性来决定。若可控增益放大电路2的控制特性为正比例型(控制电压越大，可控增益放大电路2的增益越高。)，则该直流比较放大电路如图7所示。
参见图8本发明的自动增益(AGC)控制电路第1个解决方案第2种实施方式的框图，信号首先经过具有宽动态范围特性的前置处理电路1，进行放大，混频，滤波等处理后进入自动增益控制(AGC)电路，该AGC电路由受控增益放大电路(为了括展输入信号的动态，受控增益放大电路分成两级来完成，如图1中的电路2和电路3。)，耦合电路4，检波电路5，直流信号放大比较电路6、9，电平转移电路8和控制电路7、10几部分组成，该AGC电路的工作原理是，经电路1放大，混频，滤波等处理后的射频信号经电路2，电路3放大，再经过耦合电路4，耦合出一路能反应输出信号大小的耦合信号，该耦合信号进入检波电路5进行检波，低通滤波后，再在电路6中进行直流比较放大后分成两路，一路信号经控制电路10去控制增益放大电路2的增益，另一路信号经过电平转移电路8后再去电路11中进行比较放大或减法计算，其计算结果经控制电路7用于控制受控增益放大电路3的增益。
参见图9本发明的自动增益(AGC)控制电路第2个解决方案第1种实施方式的框图，信号首先经过具有宽动态范围特性的前置处理电路1，进行放大，混频，滤波等处理后进入自动增益控制(AGC)电路，该AGC电路由受控增益放大电路(为了括展输入信号的动态，受控增益放大电路分成两级来完成，如图1中的电路2和电路3。)，耦合电路4，检波电路5，直流信号放大比较电路6、9，电平转移电路8和控制电路7、10几部分组成，该AGC电路的工作原理是，经电路1放大，混频，滤波等处理后的射频信号经电路2放大，再经过耦合电路4，耦合出两路信号，一路送至电路3放大，另一路能反应输出信号大小的耦合信号进入检波电路5进行检波，低通滤波后，再在电路6中进行直流比较放大后分成两路，一路信号经控制电路10去控制增益放大电路2的增益，另一路信号经过电平转移电路8后再去电路11中进行比较放大或减法计算，其计算结果经控制电路7用于控制受控增益放大电路3的增益。在此情况下是以电路2、3之间的中间电平来设定转移电平的。
参见图10本发明的自动增益(AGC)控制电路第4种实施方式的框图，信号首先经过具有宽动态范围特性的前置处理电路1，进行放大，混频，滤波等处理后进入自动增益控制(AGC)电路，该AGC电路由受控增益放大电路(为了括展输入信号的动态，受控增益放大电路分成两级来完成，如图1中的电路2和电路3。)，耦合电路4，检波电路5，直流信号放大比较电路6、9，电子转移电路8和控制电路7、10几部分组成，该AGC电路的工作原理是，经电路1放大，混频，滤波等处理后的射频信号经电路2放大，再经过耦合电路4，耦合出两路信号，一路送至电路3放大，另一路能反应输出信号大小的耦合信号进入检波电路5进行检波，低通滤波后，再在电路6中进行直流比较放大后分成两路，一路信号经控制电路7去控制增益放大电路3的增益，另一路信号经过电平转移电路8后再去电路9中进行比较放大或减法计算，其计算结果经控制电路10用于控制受控增益放大电路2的增益。在此情况下是以电路2、3之间的中间电平来设定转移电平的。
当然，本发明的自动增益(AGC)控制电路的具体实施方式，并不限于以上几种，若有其他方式也采用电子转移电路，将输入信号的动态划分为两段，并按输入信号的不同动态范围决定电平是否转移，并决定两级增益控制电路的控制状态，检波电路检波后的直流信号，经处理后一路通向一级控制电路，另一路经过电平转移电路后通向另一级控制电路，也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大动态输入信号自动增益控制电路，接收信号首先经过具有宽动态范围特征的前置处理电路(1)，进行放大、混频、滤波等处理后进入自动增益控制电路，该自动增益控制电路含有受控增益放大电路(2)、(3)，经过受控增益放大电路(2)、(3)产生的交流信号通过检波电路(5)变成直流信号，该信号经过低通滤波、比较放大后经控制电路(7)、(10)产生一个控制信号，再去控制增益放大电路(2)、(3)的增益形成了反馈环路，其特征是：该自动增益控制电路将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路(2)、(3)来实现电路中的自动增益控制能力，两级反馈回路共用一个检波电路(5)并设置了一个电平转移电路(8)，从后级受控增益放大电路(3)输出的信号经耦合电路(4)连接至两级反馈回路共用的检波电路(5)检波后，一路通向前级受控增益放大电路(2)，另一路通向后级受控增益放大电路(3)。
2.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征是：上述检波后信号，一路是通过后级控制电路(7)连至后级受控增益放大电路(3)的，另一路是通过电平转移电路(8)、前级比较放大器(9)、前级控制电路(10)通向前级受控增益放大电路(2)的。
3.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征是：上述检波后信号，一路是通过前级控制电路(10)连至前级受控增益放大电路(2)的，另一路是通过电平转移电路(8)、后级比较放大器(11)、后级控制电路(7)通向后级受控增益放大电路(3)的。
4.一种大动态输入信号自动增益控制电路，接收信号首先经过具有宽动态范围特征的前置处理电路(1)，进行放大、混频、滤波等处理后进入自动增益控制电路，该自动增益控制电路含有受控增益放大电路(2)、(3)，经过受控增益放大电路(2)、(3)产生的交流信号通过检波电路(5)变成直流信号，该信号经过低通滤波、比较放大后经控制电路(7)、(10)产生一个控制信号，再去控制增益放大电路(2)、(3)的增益形成了环路，其特征是：该自动增益控制电路将输入信号的动态划分为两段，用两级受控增益放大电路(2)、(3)来实现电路中的自动增益控制能力，反馈和前馈回路共用一个检波电路(5)并设置了一个电平转移电路(8)，从前级受控增益放大电路(2)输出的信号经耦合电路(4)连接至反馈和前馈回路共用的检波电路(5)检波后，一路通向前级受控增益放大电路(2)，另一路通向后级受控增益放大电路(3)。
5.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征是：上述检波后信号，一路是通过前级控制电路(10)连至前级受控增益放大电路(2)的，另一路是通过电平转移电路(8)、后级比较放大器(11)、后级控制电路(7)通向后级受控增益放大电路(3)的。
6.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征是：上述检波后信号，一路是通过后级控制电路(7)连至后级受控增益放大电路(3)的，另一路是通过电平转移电路(8)、前级比较放大器(9)、前级控制电路(10)通向前级受控增益放大电路(2)的。
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