一種新型級聯(lián)式AGC電路設(shè)計(jì)

林翼露,夏 羽,毛閔軍

（上海宇航系統(tǒng)工程研究所,上海,201109）

一種新型級聯(lián)式AGC電路設(shè)計(jì)

林翼露,夏 羽,毛閔軍

（上海宇航系統(tǒng)工程研究所,上海,201109）

本文設(shè)計(jì)了一種新型級聯(lián)式AGC電路，將常規(guī)的一級控制分拆為級聯(lián)控制，同時(shí)采用鎖相環(huán)技術(shù)提取后級的反饋控制信號。電路設(shè)計(jì)與測試結(jié)果表明，這種新型級聯(lián)式AGC電路可以適應(yīng)大動(dòng)態(tài)范圍的信號接收，提高微小信號接收時(shí)增益控制精度。

自動(dòng)增益控制（AGC）;級聯(lián)設(shè)計(jì)

0 引言

自動(dòng)增益控制（Automatic Gain Control）電路是電子信號接收系統(tǒng)中的重要組成電路，可以實(shí)現(xiàn)在輸入信號幅度變化較大的情況下，輸出信號幅度恒定或在較小范圍內(nèi)變化，廣泛應(yīng)用于航空、航天、雷達(dá)及通信等各領(lǐng)域。

AGC電路的基本原理是產(chǎn)生一個(gè)隨接收信號幅度變化而變化的信號，將此信號作為控制信號去控制接收電路中放大部件的增益，使接收電路的總增益按照一定規(guī)律變化，達(dá)到控制信號輸出幅度的目的。

AGC電路主要有控制電路和被控電路兩部分組成。控制電路負(fù)責(zé)AGC控制電壓的產(chǎn)生，是整個(gè)電路的核心控制部分；被控電路負(fù)責(zé)按控制電路的控制電壓改變接收系統(tǒng)的增益。

AGC電路的主要指標(biāo)參數(shù)有：增益控制范圍；控制精度；控制響應(yīng)時(shí)間；信噪比等。

1 常規(guī)AGC電路設(shè)計(jì)

如圖1所示，傳統(tǒng)的信號接收系統(tǒng)中，由于增益控制范圍、控制精度和控制響應(yīng)時(shí)間等的限制，基本采用在信道中的放大電路中增加可調(diào)衰減器，從信號的接收末端引出信號進(jìn)行信號檢波，產(chǎn)生控制誤差信號，再反饋到可調(diào)衰減器控制其衰減量，達(dá)到自動(dòng)控制增益的目的。

圖1 常用AGC電路原理框圖

此電路的特點(diǎn)是：電路原理簡單，實(shí)現(xiàn)方便；增益控制范圍大，響應(yīng)時(shí)間迅速。但其缺點(diǎn)是信號的控制精度，尤其是微小信號時(shí)的控制精度較差。

設(shè)輸入信號幅度為S+N，信號放大器的總增益為G，經(jīng)信號濾波器后的帶寬為KB，信號檢波器的效率為K，可以看到控制電路控制信號V為：

由此可見，此類AGC電路中的控制信號由接收信號直接進(jìn)行檢波所得，其實(shí)際包含了信號和噪聲兩部分。在接收信號較強(qiáng)時(shí)，控制信號主要由信號幅度檢波得到，控制精度較好；但在接收微小信號時(shí)，噪聲的能量已不可忽視，信號檢波得到的控制信號含有較大的噪聲分量，但控制電路仍以此為反饋信號，所以控制精度在微小信號時(shí)變差。

圖2 新型級聯(lián)式AGC電路原理框圖

2 新型級聯(lián)式AGC電路設(shè)計(jì)

要滿足信號接收過程中的大動(dòng)態(tài)范圍控制，同時(shí)保證接收系統(tǒng)在微小信號時(shí)的精準(zhǔn)控制，這類常規(guī)的單一AGC控制電路已不適應(yīng)使用需要。為此設(shè)計(jì)了一個(gè)新型級聯(lián)式AGC電路以適應(yīng)此需求。

如圖2所示，級聯(lián)式AGC電路分為兩級：前級的電路基本沿用原先的電路結(jié)構(gòu)，只是對具體的電路參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整；后級電路則采用全新的控制電路，利用鎖相環(huán)技術(shù)將鑒相器的輸出信號處理后作為后級電路控制電壓。由于此電壓基本僅與接收信號幅度相關(guān)，故可以提高電路的控制精度。

基本工作原理：在接收系統(tǒng)剛收到信號時(shí)，后級電路的鎖相環(huán)路還未正常建立控制，此時(shí)后級電路的控制電壓無輸出，后級電路增益最大，整個(gè)電路的增益控制集中在前級；待后級鎖相環(huán)路進(jìn)行信號鎖定后，控制電壓從環(huán)路輸出且隨控制信號的變化而變化，整個(gè)級聯(lián)電路均進(jìn)行了增益控制。

設(shè)前級電路輸入信號幅度為S+N，前級信號放大器的總增益為G1，經(jīng)信號濾波器后的帶寬為KB，信號檢波器的效率為K1，則前級控制電路控制信號為V1：

V1=K1（S*G1+ N*G1*KB） (2)

設(shè)后級電路輸入信號為S1+N1即Asin(wt+θ)+N1，后級電路放大器的總增益為G2，鎖相環(huán)路所產(chǎn)生的系數(shù)為K2，則由鎖相環(huán)路所產(chǎn)生后級控制電路輸出信號為V2：

V2=（A*G2 *K2）/2 (3)

由此可見，這種級聯(lián)電路的后級控制信號由鎖相環(huán)路鎖相后所得，最大限度消除了噪聲干擾。適當(dāng)調(diào)整兩級電路的增益控制參數(shù)，并利用后級電路抵消前級控制電路的誤差，可以大大提高控制精度。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析

為驗(yàn)證分析結(jié)果，本文按此級聯(lián)式AGC電路設(shè)計(jì)了接收系統(tǒng)，前級電路增益和可調(diào)衰減器的參數(shù)可調(diào)；后級電路增益固定，鎖相環(huán)路采用無源乘法器進(jìn)行鑒相，環(huán)路參考信號采用壓控晶振。利用此接收系統(tǒng)，對兩種AGC電路進(jìn)行了測試與數(shù)據(jù)比對。

接收系統(tǒng)實(shí)際測試時(shí)，暫時(shí)將后級電路不接，按常規(guī)AGC電路的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和測試；然后再將后級電路接上，按級聯(lián)式AGC電路的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和測試。

常規(guī)AGC電路的測量情況如表1所示。

表1 常用AGC電路指標(biāo)測量值

級聯(lián)式AGC電路的測量情況如表2所示。

表2 級聯(lián)式AGC電路指標(biāo)測量值

對比表1與表2 可以看出：采用常規(guī)AGC電路進(jìn)行120dB范圍內(nèi)的增益控制時(shí)，由于微小信號時(shí)的噪聲因素干擾，控制電壓誤差過大，導(dǎo)致輸出信號幅度在-100dBm以下時(shí)控制變化范圍變大，超過指標(biāo)范圍（最大可達(dá)3.3dB）；而采用新型級聯(lián)式AGC電路后，輸出電壓全程控制在0.8dB以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。測試結(jié)果證明，這種級聯(lián)式AGC電路，由于后級控制電壓的獨(dú)立性，排除了噪聲干擾，可以有效抵消前級控制電路的誤差，大大提高控制精度。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種新型級聯(lián)式AGC電路，將常規(guī)的一級控制分拆為級聯(lián)控制，同時(shí)采用鎖相環(huán)技術(shù)提取后級的反饋控制信號。電路設(shè)計(jì)與測試結(jié)果表明，這種新型級聯(lián)式AGC電路可以適應(yīng)大動(dòng)態(tài)范圍的信號接收，提高微小信號接收時(shí)增益控制精度。

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林翼露：男，1975年生，高級工程師，研究方向?yàn)槲⒉ㄍㄐ排c信號處理。

圖5 脈沖壓縮輸出結(jié)果

實(shí)際的脈壓結(jié)果與Matlab仿真的結(jié)果是一致的。

4 結(jié)束語

基于Xilinx FPGA IP核的浮點(diǎn)頻域脈沖壓縮系統(tǒng)， 通過模塊化的IP核配置，并配以簡單的時(shí)序控制，就可以方便的實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮整個(gè)過程，并且浮點(diǎn)處理方式，避免了定點(diǎn)值處理逐級截位的繁瑣，對各種信噪比的回波信號適應(yīng)性強(qiáng)，不損失精度，也不增加信號傳輸?shù)膸挕Ｔ摲椒ㄒ呀?jīng)在工程上應(yīng)用，并取得了比較好的效果。

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作者簡介

邢冠培.男，（1979-），工程師。主要研究方向：雷達(dá)數(shù)字信號處理與數(shù)據(jù)處理。

孟凡利.男，（1981-），高級工程師。主要研究方向：雷達(dá)數(shù)字信號處理。

Design of a new cascade AGC Circuit

Lin Yilu,Xia Yu,Mao Minjun
(Aerospace System Engineering Shanghai,Shanghai,201109)

This paper designed a new cascade AGC circuit,regular level control split for cascade control; at the same time,the phase-locked loop technology to extract the feedback control signal.circuit design and test results show that, the new cascade AGC circuit can adapt to the large dynamic range of signal reception and enhance the small signal receiving increasing interest of control accuracy.

Automatic Gain Control(AGC);cascade design