TWI337693B - Signal gain control circuit and method - Google Patents
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- H03G3/3052—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in bandpass amplifiers (H.F. or I.F.) or in frequency-changers used in a (super)heterodyne receiver
Description
第 % 134447號之專利說明書修正本 修正日期：99.12,21 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 士本發明主要關於-種自動增益控制（agc)系統及方 〉’特別係有關於-種具有前饋(feedf〇rward)迴路與反饋 (feedback)迴路之訊號增益控制電路及方法。 、 【先前技術】 如廣播或料式通訊系統的無線系統的接收器使用 =領域所熟知的，解調接收訊號的傳統技術是使用線 4调叫職dem〇dulator)耗接至自動增益控制電路 :持輸入訊號落在解調器和/或類比/數位轉換器（adc) 輸入範圍内。自動增益控制電路藉由調整回授路徑的 放大器增益而保持輸出在線性操作區間。 第I圖係顯示傳統自動增益控制系統的示意圖。自 率巧統包括可變電流或電廢增益放大器】〇、功 …t处理為12以及比較電路14。輸入至自動增益俨 =路的輸人職至可變增益放_ :=由功率運算處理器12所測量，功率運算處理口 仃、’均功率或峰值功率③灿赠）的測 ::率接著在比較電路14與一預定值比較，比較電二： ㈣2大i小的残而產生誤差訊號】9。誤差訊號】9作
可變增益放大器1〇的增益。作為對誤差 Λ琥】9的回應，可轡榉M 控制輸出訊號18的“ 蒼照輸出訊號16而 3大！自動增益控制電路保持輸出訊 0758-A31205TWF1 (20101029) 1337693 第％】34447號之專利說明書修正本 修正日期：99.]2·2ι , 號〗8位於接收器和類比/數位轉換器（圖未顯示）的線 作區間内。當自動增益控制電路在消除輸入過載時，木 動增益控制電路内的元件各自將輸入訊號改變。 此外，無論使用類比元件或類比和數位相結合的_ 件，自動增益控制可供具有比接收器整體的操作：： ，限的其它接收元件所使用，例如類比/數位轉： .& °舉例而言’若具有數位訊號處理功能的接收器操作 •具較大動態範圍的輸入訊號’就必須使用自動增益控 或高解析度的類比/數位轉換器。不幸較，高i =類 比/數位轉換器的❹增加製造成本以及接收器的功^損 耗。雖然自動增益控制能夠實現低解析度類比/數位轉換 器之運作’但自動增益控制的目的則實為保持訊號調整 至一需求的動態範圍，以讓訊號從可變增益放大器或增 益級輸出後不會變化過於劇烈。 曰
【發明内容】 一種訊號增益控 為解決以上技術問題，本發明提供 制電路及方法。 本發明提供一種訊號增益控制電路，包括只 級、類比/數位轉換器、放大裝置、以及第一增益調整裝 置。前端增益級接收類比訊號，藉由第—增益因子 上述類比訊號，以及輸出一放大訊號，其中該第一增益 因子係藉由增益調整訊號以第一週期時間週期性調^。 類比/數位轉換器耦接至上述前端增益級，轉換上述放大 〇758-A3l2〇5TWFl(201〇l〇29) 7 1337693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 訊號成為包含複數取樣· W 弟一數位訊號。放大裝置耦 接至上類比/數位轉換哭 # ,,A, κ ^ °°根據上述弟一數位訊號的分 佈的至少一特性度量， 楚-、田《 + 以—弟一週期時間週期性調整一 弟一增显因子，並蔣f· ;+，货 . ^ 、上述弟一數位訊號乘以上述第二增 贫因子以產生一第二動相1 ^ —數位汛唬。弟一增益調整裝置耦接 月^曰显、，及，偵測第二數位訊號之訊號強度，以及以 上述弟-週期時間週期性產生上述增益調整訊號。 ，本發明亦提供-種訊號增益控制方法，包括接收一 類比§fl號’並藉由第_辦兴田工β丄 曰w罘、应因子放大上述類比訊號，以 :輸出-放大訊號’其中該第一增益因子係藉由增益調 ::號以"期時間週期性調整。轉換放大訊號成為 ，S複數取樣點之第一數位訊號。根據上述第一數位訊 號的分佈的至少一特丨生p I ^ 竹「生度里，以一第二週期時間而週 性调整一第二增益因子，並將第—數位訊號乘以上述第 二增益因子以產生-第二數位訊號。偵測上述第二數位 訊號之訊號強度’以及以第一週期時間而週 述增益調整訊號。 藉由Η鈀本發明提供之訊號增益控制電路或方法能 避免因使用高解析度類比/數位轉換器而引發的增加製造 成本和接收器之高功率損耗等問題。 、。 【實施方式】 第2圖係依據本發明實施例之訊號增益控制電路的 方塊示意圖。天線21接收並饋入類比訊號si至前端增益 0758-A3! 205TWF1 (20101029) 8 1337693 第96134447號之專利說明書修正本 修正日期：99 122] • = 22。類比訊號Si可能包括有用的（通道内）訊號以及其 匕雜訊的（鄰近通道）訊號。前端增益級22接收並藉由第 增盈因子放大類比訊號Si來控制放大訊號Sa的振幅大 小。在此，前端增益級22的第一增益因子是由第—增益 調整裝置28輸出的增益調整訊號Ga所控制，且第 益因子是由前端增益級22以第一週期時間週期性調整Y . 類比放大訊號Sa由類比/數位轉換器24轉換成第— φ 數位訊號。類比/數位轉換器具有兩個重要的特徵：取费 率以及輸入動態範圍。取樣率係指類比/數位轉換器^ 一秒内對放大訊號Sa之取樣次數。输入動態範圍係1指類 . 比/數位轉換器對輸入訊號取樣而不嚴重失真的範圍。= 過轉換後，類比/數位轉換器24輸出的第一數位訊號= 為一連串之取樣點。 放大裝置26藉由第二增益因子以第二週期時間週 期性放大第一數位訊號s d以產生第二數位訊號s 〇，1中 • 第二增益因子係根據第一數位訊號Sd的訊號位準分佈的 至少一個特性度量而調整。需注意的是，第二週期時間 大於第一週期時間。第二數位訊號S〇更可經由濾波器& 進行濾波以壓制第二數位訊號So内含的鄰近通道干挎 (adjacent channel interference，ACI)。 如第2圖所示，放大裝置26包括第二增益調整裝置 261以及乘法器262。利用反覆的方式（最好是以週期^方 式），第二增益調整裝置261計算第一數位訊號Sd的气 號分佈的至少一個特性度量（如第二週期時間中的大俨^ 0758-Aj1205TWF1(2〇1〇i〇29) 9 1337693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 數^)，並且據此調整第二增益因子。大樣本數量的定義 如弟3A圖與第3B圖所示。乘法器262將第一數位訊號 Sd乘以第二增益因子以產生第二數位訊號s〇。 " 因此，可根據大樣本數量來改變第二增益因子，進 而凋二第數位讯號Sd的樣本值。根據本發明之一實施 例，當大樣本數量小於第一參考值時第二增益因子=減 少，當大樣本數量大於第二參考值時第二增益因子會增 加，以及當大樣本數量大於第一參考值且小於第二袁考 值時第二增益因子會維持不變。在此實施例中，第二參 考值大於第一參考值。 乂 第3A和3B圖係顯示類比/數位轉換器24輸出的第 一數位訊號Sd的分佈圖。如上所述，放大裝置在一 奴％間内根據大樣本數量而調整第二增益因子，以產生 第二數位訊號So。在本發明之一實施例中，大樣本數詈 更可由計算第一數位訊號Sd超出臨界值±ThA範圍的： 本數量而得到；或是絕對值超過臨界值丁、(如臨界值几 與Max之間，α及臨界值·ThA與Mln之間）的樣本數量A 而得到。在另-實施例中’大樣本數量可由計算取樣值 位於臨界值ThA與Max之間的樣本數而得到，或是 取樣值位於臨界值之間的樣本數而得开 在第3A圖中，第一數位訊號Sd的樣本分佈需 展（extend)。因此，降低第二增益因子以 : 缺u今括士 &以丄 牛m $ —數位訊 唬Sd之杈本的杈本值。相反地，第3B圖的第—^ 號Sd的樣本分佈需要縮小，因此增加第二增益因子= 07S8-A31205TWFK20101029) 10 1337693 修正曰期：99,12.21 第96134447號之專利說明書修正本 . 加第—數位訊號Sd之樣本的樣本值。 第一增益調整裝置28偵測第二數位訊號S〇的訊號 強度並根據第二數位訊號s〇的訊號強度和參考功率，以 第一週期時間週期性產生增益調整訊號Ga。第一增益調 整裝置28量測的第二數位訊號s〇訊號強度可為其平均 力率或疋其平均波封功率（average envel〇J3e p〇wer)。量 . '則到的Λ號強度與參考功率作比較。當量測到的訊號強 _ 度低於參考功率時，第一增益調整裝置28輸出增益調整 訊號Ga指示調升第一增益因子以控制放大訊號以的振 巾田，並且當量測到的訊號強度高於參考功率時，調降第 心益因子以控制放大訊號的振幅。 第4圖係顯示本發明一實施例之放大裝置％的示意 圖。放大裝置26包括大樣本數量計數器4〇、比較器45， 乘法器47以及累加器49。大樣本數量計數器4〇分析第 一數位訊號的分佈的至少一個特性度量。在本實施例 | 中二大樣本數量計數器4〇包括大樣本偵測器4丨以及計 數态43 :大樣本偵測器41耦接至類比/數位轉換器24 , 亚且將第-數位訊號Sd的樣本與一預定範圍比較，若痛 測到-大樣本的樣本值大於此預定範圍時則輸出一偵測 «。在本發明之一實施例中，此預定範圍可介於 與3B圖所不之土ThA之間。當大樣本偵測器μ㈣到— 樣本枯所產生的偵測訊號觸發（triggers)計數器 43，以在第二週期内計算大樣本的數量。 比車乂為45在$二週期内將累加的大樣本數量與參 0758-A31205TWF1 (20101029) ]) 1337693 第96134447號之專利說明書修正本 修正曰期：99 12 2】 考值Π和參考(大於參考㈣）比較。者‘ 於蒼考值Fi η夺，比較器45輸出第—比較^γ結果小 加結果大於參考值F2日寺，比較器45輪出第：：，當累 ⑶以及當累加結果介於參考值？1和 [比較訊號 比較器45輸出第三比較訊號CC。 之間時， 乘法器將比較訊號乘以預定增量△”， α、以及CC而產生一負值、零值、或二 的加榷增量。舉例來說，第一比較訊號Ca代表「】 第二比較訊號cb代表「+1」、第.一比較訊號Ca代表「」〇， 而乘法器47對應比較訊號Ca、〇、以及 」、 △W，或是〇。 屯— β累加器49累加乘法結果以產生第二增益因子。於 疋，乘法262根據來自類比/數位轉換器24的第—數位 =號Sd以及第二增益因子產生第二數位訊號§〇。值得注 意的是大樣本數量計算器40、比較器45、乘法器47、262 以及累加器49組成前饋迴路。 第5圖係表示本發明實施例之第一增益調整裝置 的示意圖。訊號強度測量單元281接收第二數位訊號s〇 並週期性測量其訊號強度。在此實施例中，訊號強度可 為第二數位訊號So的平均功率或是平均波封功率。 若第二數位訊號So的訊號強度小於參考功率，增益 控制裝置285產生增益調整訊號Ga以增加第一增益因 子’反之，則產生增益調整訊號Ga以降低第一增益因 子。在第5圖中’訊號強度測量單元281以及增益控制 0758-A31205TWF1 (20101029) 13.37693 第％1：>4447號之專利說明書修正本 修正日期：99.12.21 衣置28)組成—反饋迴路，用以提供增益調整訊號Ga並 調整前端增益級22的增益。
根據本發明’第一數位訊號Sd由放大裝置26所放 大並且第一數位訊號So的訊號強度由第一增益調整裝 置28所更新的增益因子而調整。所以，第一數位訊號Sd 的樣本分佈可由放大裝置26以及前端增益級22的控制 因子所調整。舉例而言，若第一數位訊號Sd大於預 1圍的樣本數量小於參考值F1，放大裝置26的增益因 減J。第二數位訊號s〇的訊號強度可小於參考功 率，亚且相應增加第一增益調整裝置28的增益因子以產 生出所需的第二數位訊號s〇的樣本分佈。 此外，前端增益級22與放大裝置26的增益因子 更新頻率彼此不同。如上所述，前端增益級U的K :以第，時間週期性調整。而放大裝置26的：
以2於第一週期時間的第二週期時間週期性調整。 以，Μ端增益級22與放大裝置2 更新頻率。 曰座口卞百不同 本發明雖以較佳實施例揭露如 ^本發明的範圍，任何熟習此項技藝者 = =’、當可做些許的更動與潤飾，因“ 準。 視後附之中請專利範圍所界定者為 【圖式簡單說明】 0758-A31205TWFl(2010i029) 13 1337693 修正日期：99,12,21 第％ 134447號之專利說明書修正本 第1圖係顯示傳統自動增益控制系統的示意圖。 第2圖係依據本發明實施例之訊號增益控制電路的 方塊不意圖。 第3A圖與第3B圖係顯示類比/數位轉換器輸出的 第一數位訊號的分佈圖。 第4圖係顯示本發明一實施例之放大裝置的示意 圖。 第5圖表示本發明之/實施例之第一增益調整裝置 28 6 【主要元件符號說明】 10〜 可變增益放大器； 14〜 比較電路； 18〜 輸出訊號； 11〜 前端增益級； 26〜放大裝置； 262^ 〜乘法器； 28〜 第一增益調整裝ί ’ 41〜 大樣本偵測器； 45〜 '比較器； 49〜 '累加器； 28L· 〜訊號強度測量舉元 12〜功率運算處理器； 16〜輸入訊號； 21〜天線； 24〜類比/數位轉換器； 261〜第二增益調整裝置； 27〜濾波器； 40〜大樣本數量計算器； 43〜計數器； 47〜乘法器； 285〜增益控制裝置； 0758-A31205TWFi(2〇1〇1〇29) 14
Claims (1)
1337693 第96134447號之專利說明書修正本 修正日期：99.12.21 十、申請專利範圍： 1.一種訊號增益控制電路，包括： 月IJ端增盈 '級’接收一類比訊號，藉由一第一增兴 因：放大亡述類比訊號’以及輸出一放大訊號，其中上 述第-增盃因子係藉由—增益調整訊號以 間週期性調整； 力呀 、類比/數位轉換為，搞接至上述前端增益級，轉換 上述^大訊號成為包含複數取樣點之—第—數位訊號；、 -放大裝置，耦接至上述類比/數位轉換器，根據上 述第一數位訊號的分佈的至少-特性度量，以一第二週 期時間週期性調整—第二增益因子，並將上述第—數位 訊號乘以上述第二增制子以產生—第二數位訊號 及 -一，一增益調整裝置，耦接至上述前端增益級，偵 測上述第二數位訊號之訊號強度，以及以上述第一週期 參 ^間週期性產生上述增益調整訊號。 2. 如申明專利範圍第丨項所述之訊號增益控制電 路，其中上述第二週期時間大於上述第一週期時間。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之訊號增益控制電 路，其中上述放大裝置包括： 第一增ϋό周整裝置，計算上述第一數位訊號之分 布的至>、特性度1 (characteristic metric),根據上述至 ’刀佈知性度量調整上述第二增益因子；以及 第乘法益’將上述第一數位訊號乘以上述第二 0758-A31205TWF1 (20] 〇)〇29) 15 r693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 增益因子以產生上述第二數位訊號。 4.如申請㈣範圍第3項所述之喊增益控制電 路f _上逑特性度量包括一大樣本數量’且上述大樣 本數量之樣本值大於一第一臨界值。 【：申請專利範圍第3項所述之訊號增益控制電 :、上4特性度量包括—大樣本數量，且上述大樣 本數置之絕對值超過一第一臨界值。 申請專利範圍第3項所述之訊號增 路’其中上述第二增朗整裝置更根據—第—參考值以 =於上逑弟一芩考值之一第二參考值 增益因子。 、乐一 :，：：請專利範圍第6項所述之訊號增 中當上述特性度量小於上述第一參考值時，上】 弟㈣整裝置娜上述第二增㈣子。 路 第. 路 ’：：叫專利把圍第6項所述之訊號增益控 其中當上述特性度量大於上述第二參考值時，上】 增益調整裝置調升上述第二增益因子。 ^ 項所述之訊號增益控制電 述第特性度量大於上述第-參考值且小於上 增益因子不變。^第二增益調整裝置維持上述第二 路，項所述之訊號增益控制電 增益調整裝置包括為一大樣本數量，且上述第二 0758Ά31205TWF1 (201 〇1 〇29) 16 1337693 第96134447號之專利說明書修正本 修正日期：99.12.21 一大樣本偵測器，耦接至上述 Ψ ^ -'ill ^ , <成比/數位轉換器，產 生偵測訊唬指出上述第一數位度 大樣本； 僳本疋否為一 -計數器’由上述偵測訊號 二周期内計算上述大樣本數量; 用以在上述弟 第一比較15，比較上述大樣本數量與上述第一夂 考值和上述第二參考值，者卜士择士去，、上、弟麥 “ 〒值田上述大樣本數量小於上述第 -：工值時輸出一負值’當上述大樣本數量大於上述第 一:考值時輸出—正值，以及當上述大樣本數量大於上 述第：參考值且小於上述第二參考值時輪出一零值； 一第二乘法器’將上述第二比較器之上述輸出值乘 以一預定增量以產生一乘值；以及 一累加器，用以累加上述乘值以產生上述第二辩兴 因子。 曰μ U.如申請專利範圍第1項所述之訊號增益控制電 路，其中上述第二數位訊號之訊號強度係為.上述第二數 位訊號之平均功率。 12. 如申請專利範圍第】項所述之訊號增益控制電 路，其中上述第二數位訊號之訊號強度係為上述第二數 位訊號之平均波封功率。 13. 如申請專利範圍第1項所述之訊號增益控制電 路，其中上述第一增益調整裝置包括： Λ號強度測量單元，接收上述第二數位訊號並週 期性測量上述第二數位訊號之訊號強度；以及 0758-Α3 ] 205TWF1 (20101 〇29) 17 1337693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 ,一增益控制裝置，耦接至上述訊號強度測量單元， 當上述第二數位訊號之訊號強度小於一第二臨界值時產 生上述增益調整訊號以增加上述第一增益因子；否則， ««周整上述增盃調整訊號以降低上述第一增益因子。 14.如申請專利範圍第】項所述之訊號增益控制電 路，更包括一濾波器耦接至上述放大裝置以及上述增益 調整裝置之間，以壓制上述第二數位訊號内之干擾/皿 ]5.—種訊號增益控制方法，包括： 接收一類比訊號，藉由一第一增益因子放大上述類 比訊號’·以及輸出一放大訊號，其中上述第一增益因子 係藉由一增益調整訊號以一第—週期時間週期性調整； 轉換上述放大訊號成為包含複數取樣點之—第一數 位訊號； 根據上述第一數位訊銳的分佈的至少一特性度量， 以:第二週期時間週期性調整一第二增益因子，並將上 述第-數位訊號乘以上述第二增益因子以產生一第二數 位訊號；以及 以及以上述第 偵測上述第二數位訊號之訊號強度1 -週期時間而週期性產生上述增益調整訊號 、16.如申請專利範圍第15項所述之訊號增益控制方 法其中係以週期性產生上述增益調整訊號，且係以週 期性調整上述第二增益因子。 二如申請專利範_ 15項、所述之訊號增益控制方 ，、巾上^二週㈣間大於上述第-職時間。 0758-A31205TWF1(201〇1〇29) 18 ⑶ 7693 修正曰期：99.12.2] 第96134447號之專利說明書修正本 1 8.如申凊專利範圍第〗5項所述之訊號增益控制方 法，更包括： °十上述第一數位訊號的分佈的至少一特性度量； 根據上述至少一分佈特性度量調整上述第二增益因 子；以及 將上述第一數位訊號乘以上述第二增益因子以產生 上述第二數位訊號。 如申叫專利範圍第1 8項所述之訊號增益控制方 法中上述特性度量包括—大樣本數量，且上述大樣 本數量之樣本值大於一第一臨界值。 、20.如申請專利範圍第18項所述之訊號增益控制方 法’其中上述特性度量包括-大樣本數量，且上述大樣 本數量之絕對值超過一第一臨界值。 21.如申睛專利範圍第18項所述之訊號增益控制方 法’ ^中係、根據-第—參考值以及大於上述第一參考值 之一第二參考值來調整上述第二增益因子。 、、22.如申凊專利範圍第21項所述之訊號增益控制方 法’其中當上述特性度量小於上述第一參考值時，調降 上述第二增益因子。 、23.如申凊專利範圍第2〗項所述之訊號增益控制方 法二中§上述特性度量大於上述第二參考值時，調升 上述第二增益因子。 、、24’如申請專利範圍第21項所述之訊號增益控制方 法其中§上述特性度量大於上述第一參考值且小於上 0758-A3l205TWFl(2〇101〇29) 19 修正日期：99.12,21 第％ 134447號之專利說明書修正本 述第二參考值時’維持上述第二增益因子不變。 广申凊專利範圍第2〗項所述之訊號增益控制方 法’其中上述特性度量係為_大樣本數量。 =如申凊專利蛇圍第25項所述之訊號增益控 法1更包括： 產生-偵測訊號指出上述第-數位訊號之—樣本是 否為一大樣本； 於上述第—周期内根據上述傾測訊 樣本數量； 尺 比較上述大樣本數量與上述第一參考值和上二 參考值； 一 當上述大樣本數量小於上述第—參考值時輸出一負 值’當上述大樣本數量大於上述第二參考值時輸出-正 值=及當上述大樣本數量大於上述第—參考值且小於 上述第二茶考值時輸出一零值； :C第—比較态之上述輸出值乘以一預定增量以 產生一乘值；以及 累加上述乘值以產生上述第二增益因子。 27.如中請專利範圍帛15項所述之訊號增益控制方 法’其中上述第二數位訊號之訊號強度係為上述第二數 位sfl 5虎之平均功率。 如中請專利範圍第]5項所述之訊號增益控制方 法」其中上述第二數位訊號之訊號強度係為上述第二數 位訊號之平均波封功率。 0758-A3!205TWF1(2〇l〇,〇29) 20 1337693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 29. 如申請專利範圍第丨5項所述之訊號增益控制方 法，更包括： 接收上述第二數位訊號並週期性測量上述第二數位 訊號之訊號強度；以及 當上述第二數位訊號之訊號強度小於一第二臨界值 時產生上述增益調整訊號以增加上述第一增益因子；否 則’調整上述增益調整訊號以降低上述第一增益因子。 30. 如申請專利範圍第15項所述之訊號增益控制方 法，更包括壓制上述第二數位訊號内之干擾。
0758-A31205TWF1 (20101029) 1337693 第96134447號之圖式修正頁 修正日期：99.12.21 % 2
21 1337693 修正日期：99.12.21 第96134447號之專利說明書修正本 七、 指定代表圖： ' (一） 本案指定代表圖為：第2圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 21〜天線； 2 2〜前端增益級； 24〜類比/數位轉換器； 26〜放大裝置； 261〜增益調整裝置； 262〜乘法器； 27〜濾波器； 28〜第一增益調整裝置。 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
0758-A31205TWF1 (20101029)
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