步進式自動增益控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種步進式自動增益控制系統，包括信號開關電路，輸入信號經過信號開關電路傳送至可變增益放大電路，經過可變增益放大電路的放大之后傳送至信號強度指示電路，信號強度指示電路對信號進行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路，增益控制電路判斷整流和濾波后的信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則調整可變增益放大電路的增益；此外，系統還包括直流失調消除電路，可變增益放大電路包括至少一級放大器模塊，直流失調消除電路判斷放大器模塊的輸出信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則對放大器模塊的輸入信號進行補償，直到放大器模塊的輸出信號在預設范圍為止。
【專利說明】
步進式自動増益控制系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及無線接收機中使用的自動增益控制系統，特別是涉及一種步進式自動增益控制系統。【背景技術】
[0002]近些年來，無線通信技術的迅速發展極大地促進了社會的進步。諸如智能手機， WiFi，藍牙等設備已經或正在成為人們日常生活中不可或缺的一部分。無線接收機是實現以上無線通信系統的關鍵模塊。由于接收距離、發射功率和傳播路徑等因素的影響，接收機接收到的信號強度具有很大的變化范圍。對于一個具有固定增益的接收機來說，接收處理之后的信號過大或者過小都會導致信號無法解調。因此，自動增益控制電路AGC廣泛應用于各類接收機中，以實現相對恒定的信號輸出幅度。然而，現有技術中的自動增益控制電路往往只檢測輸出信號的峰值，如圖1所示，將該值數字化后，通過固定的算法直接確定即將發生作用的增益，由于工藝偏差，調節的結果總是有偏差的，靈活性不好，而且采用了模數轉換，板圖占用面積大。【實用新型內容】
[0003]實用新型目的:本實用新型的目的是提供一種能夠準確調節增益的步進式自動增益控制系統。
[0004]技術方案:為達到此目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]本實用新型所述的步進式自動增益控制系統，包括信號開關電路，輸入信號經過信號開關電路傳送至可變增益放大電路，經過可變增益放大電路的放大之后傳送至信號強度指示電路，信號強度指示電路對信號進行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路，增益控制電路判斷整流和濾波后的信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則調整可變增益放大電路的增益;此外，系統還包括直流失調消除電路，可變增益放大電路包括至少一級放大器模塊，直流失調消除電路判斷放大器模塊的輸出信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則對放大器模塊的輸入信號進行補償，直到放大器模塊的輸出信號在預設范圍為止。
[0006]進一步，所述放大器模塊包括全差分運算放大器，直流失調消除電路包括至少一個直流失調消除模塊，直流失調消除模塊與全差分運算放大器一一對應;直流失調消除模塊包括第一開關、第二開關、濾波器、電壓比較器、控制單元和電流補償單元，全差分運算放大器的反相輸出端輸出電壓經過第一開關送至濾波器，全差分運算放大器的正相輸出端輸出電壓經過第二開關送至濾波器，經過濾波器濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的正相輸入端，經過濾波器濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的反相輸入端，電壓比較器的比較結果輸出給控制單元，控制單元根據比較結果判斷是否需要進行電流補償，如果需要，則控制電流補償單元對全差分運算放大器的正相輸入端或反相輸入端進行電流補償。
[0007]進一步，所述放大器模塊還包括第一可變電阻和第二可變電阻；其中，第一可變電阻的一端連接全差分運算放大器的同相輸入端，第一可變電阻的另一端連接全差分運算放大器的反相輸出端，第二可變電阻的一端連接全差分運算放大器的反相輸入端，第二可變電阻的另一端連接全差分運算放大器的同相輸出端。[00〇8]進一步，所述電流補償單元包括多個電流補償子單元，電流補償子單元包括N溝道 M0S管、第一電流補償控制開關和第二電流補償控制開關，N溝道M0S管的柵極輸入偏置電壓 VB，N溝道M0S管的源極接地，N溝道M0S管的漏極分別連接第一電流補償控制開關的一端和第二電流補償控制開關的一端，第一電流補償控制開關的另一端連接全差分運算放大器的反相輸入端，第二電流補償控制開關的另一端連接全差分運算放大器的同相輸入端。
[0009]進一步，所述增益控制電路包括第一比較器、第二比較器和跟蹤控制模塊，信號強度指示電路輸出的信號分別傳送至第一比較器和第二比較器，第一比較器將信號強度指示電路輸出的信號與第一基準電壓進行比較后將比較結果輸出給跟蹤控制模塊，第二比較器將信號強度指示電路輸出的信號與第二基準電壓進行比較后將比較結果輸出給跟蹤控制模塊，跟蹤控制模塊控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可變電阻的阻值，以調整放大器模塊的增益。
[0010]進一步，所述信號強度指示電路包括全波整流器和低通濾波器，經過可變增益放大電路的放大之后的信號輸入全波整流器的輸入端，經過全波整流器的整流處理后輸出給低通濾波器，經過低通濾波器的濾波處理后輸出給增益控制電路。
[0011]進一步，所述全波整流器包括非平衡源耦合差分對。
[0012]進一步，所述跟蹤控制模塊采用步進式增益控制字算法，增益控制的步長為ldB。
[0013]有益效果:與現有技術相比，本實用新型具有如下的有益效果:
[0014]1)本實用新型采用了增益控制電路，能夠通過判斷整流和濾波后的信號來調整可變增益放大電路的增益，從而構成反饋式自動增益控制系統，調節速度適中，能夠準確調節增益，滿足接收信號的強度變化頻率要求；
[0015]2)本實用新型采用了直流失調消除模塊，能夠對放大器模塊的輸入信號進行補償，從而有效消除直流失調;并且直流失調消除模塊與全差分運算放大器一一對應，從而能夠對各個全差分運算放大器進行單獨的電流補償；
[0016]3)本實用新型的全波整流器采用了非平衡源耦合差分對，有效減小了板圖面積。【附圖說明】
[〇〇17]圖1為傳統的自動增益控制電路；
[0018]圖2為本實用新型的系統結構圖；
[0019]圖3為本實用新型的直流失調消除模塊的結構示意圖；
[0020]圖4為本實用新型的電流補償單元的電路圖。【具體實施方式】
[0021]下面結合【具體實施方式】對本實用新型的技術方案作進一步的介紹。
[0022]本實用新型公開了一種步進式自動增益控制系統，如圖2所示，包括信號開關電路 1，輸入信號經過信號開關電路1傳送至可變增益放大電路2,經過可變增益放大電路2的放大之后傳送至信號強度指示電路4,信號強度指示電路4對信號進行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路5,增益控制電路5判斷整流和濾波后的信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則調整可變增益放大電路2的增益;此外，系統還包括直流失調消除電路3,可變增益放大電路2包括至少一級放大器模塊，直流失調消除電路3判斷放大器模塊的輸出信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則對放大器模塊的輸入信號進行補償，直到放大器模塊的輸出信號在預設范圍為止。其中，跟蹤控制模塊53采用步進式增益控制字算法，增益控制的步長為ldB。
[0023]本實用新型采用了信號開關電路1，信號開關電路1的輸入信號便是來自自動增益控制系統前一級的待處理信號。當直流失調消除電路3進入工作前，先關閉信號開關電路1， 輸入信號的共模分量導通。直流失調消除電路3完成工作后，輸入信號共模分量從通道中斷開，輸入信號進入信號開關電路1。[0〇24]以其中一個放大器模塊為例，放大器模塊包括全差分運算放大器0P-AMP1、第一可變電阻Rfbl、第二可變電阻Rfb2、第一電阻Rffl和第二電阻Rff2。第一可變電阻Rfbl的一端連接全差分運算放大器0P-AMP1的同相輸入端，第一可變電阻Rfbl的另一端連接全差分運算放大器0P-AMP1的反相輸出端，第二可變電阻Rfb2的一端連接全差分運算放大器0P-AMP1 的反相輸入端，第二可變電阻Rfb2的另一端連接全差分運算放大器0P-AMP1的同相輸出端， 第一電阻Rffl的一端連接全差分運算放大器0P-AMP1的同相輸入端，第一電阻Rffl的另一端連接其他全差分運算放大器的反相輸出端或者信號開關電路1，第二電阻Rff2的一端連接全差分運算放大器0P-AMP1的反相輸入端，第二電阻Rff2的另一端連接其他全差分運算放大器的同相輸出端或者信號開關電路1。
[0025]直流失調消除電路3包括至少一個直流失調消除模塊，直流失調消除模塊與全差分運算放大器一一對應。以其中一個直流失調消除模塊為例，如圖3所示，直流失調消除模塊包括第一開關S1、第二開關S2、濾波器F1、電壓比較器VC1、控制單元31和電流補償單元 32,全差分運算放大器OP-AMP 1的反相輸出端輸出電壓經過第一開關S1送至濾波器F1，全差分運算放大器0P-AMP1的正相輸出端輸出電壓經過第二開關S2送至濾波器F1，經過濾波器 F1濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器VC1的正相輸入端，經過濾波器F1濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器VC1的反相輸入端，電壓比較器VC1的比較結果輸出給控制單元31，控制單元31根據比較結果判斷是否需要進行電流補償，如果需要， 則控制電流補償單元32對全差分運算放大器0P-AMP1的正相輸入端或反相輸入端進行電流補償，直到電壓比較器VC1的比較結果翻轉或者已到達最大補償電流才停止電流補償。由此可見，本實用新型能夠通過各個直流失調消除模塊中的電壓比較器的輸出結果，判斷出在哪一級全差分運算放大器的輸入端需要進行電流補償。
[0026]電流補償單元32包括多個電流補償子單元321，如圖4所示，電流補償子單元321包括N溝道M0S管M1、第一電流補償控制開關S3和第二電流補償控制開關S4，N溝道M0S管Ml的柵極輸入偏置電壓VB，N溝道M0S管Ml的源極接地，N溝道M0S管Ml的漏極分別連接第一電流補償控制開關S3的一端和第二電流補償控制開關S4的一端，第一電流補償控制開關S3的另一端連接全差分運算放大器的反相輸入端，第二電流補償控制開關S4的另一端連接全差分運算放大器的同相輸入端。
[0027]增益控制電路5包括第一比較器51、第二比較器52和跟蹤控制模塊53,如圖2所示，信號強度指不電路4輸出的信號分別傳送至第一比較器51和第二比較器52,第一比較器51 將信號強度指示電路4輸出的信號與第一基準電壓進行比較后將比較結果輸出給跟蹤控制模塊53,第二比較器52將信號強度指示電路4輸出的信號與第二基準電壓進行比較后將比較結果輸出給跟蹤控制模塊53,跟蹤控制模塊53對第一比較器51的比較結果和第二比較器 52的比較結果進行判斷，如果信號強度指示電路4輸出的信號介于第一基準電壓與第二基準電壓之間，則不需要調整放大器模塊的增益，否則，跟蹤控制模塊53控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可變電阻的阻值，以調整放大器模塊的增益。[〇〇28] 信號強度指示電路4包括全波整流器41和低通濾波器42,如圖2所示，經過可變增益放大電路2的放大之后的信號輸入全波整流器41的輸入端，經過全波整流器41的整流處理后輸出給低通濾波器42,經過低通濾波器42的濾波處理后輸出給增益控制電路5。其中， 全波整流器41包括非平衡源耦合差分對，將差分電壓幅度信號經過平方運算轉變為反映強度的電流信號。低通濾波器由片內電阻和片外電容組成。
【主權項】
1.步進式自動增益控制系統，其特征在于:包括信號開關電路(1)，輸入信號經過信號 開關電路(1)傳送至可變增益放大電路(2)，經過可變增益放大電路(2)的放大之后傳送至 信號強度指示電路(4)，信號強度指示電路(4)對信號進行整流和濾波，并將整流和濾波后 的信號傳送至增益控制電路(5)，增益控制電路(5)判斷整流和濾波后的信號是否在預設范 圍內，如果不在預設范圍內，則調整可變增益放大電路(2)的增益;此外，系統還包括直流失 調消除電路(3)，可變增益放大電路(2)包括至少一級放大器模塊，直流失調消除電路(3)判 斷放大器模塊的輸出信號是否在預設范圍內，如果不在預設范圍內，則對放大器模塊的輸 入信號進行補償，直到放大器模塊的輸出信號在預設范圍為止。2.根據權利要求1所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述放大器模塊包括全差分運算放大器，直流失調消除電路(3)包括至少一個直流失調消除模塊，直流失調消除 模塊與全差分運算放大器對應;直流失調消除模塊包括第一開關、第二開關、濾波器、電壓比較器、控制單元和電流補償單元，全差分運算放大器的反相輸出端輸出電壓經過第 一開關送至濾波器，全差分運算放大器的正相輸出端輸出電壓經過第二開關送至濾波器， 經過濾波器濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的正相輸入端，經過濾波器 濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的反相輸入端，電壓比較器的比較結果 輸出給控制單元，控制單元根據比較結果判斷是否需要進行電流補償，如果需要，則控制電 流補償單元對全差分運算放大器的正相輸入端或反相輸入端進行電流補償。3.根據權利要求2所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述放大器模塊還包 括第一可變電阻和第二可變電阻;其中，第一可變電阻的一端連接全差分運算放大器的同 相輸入端，第一可變電阻的另一端連接全差分運算放大器的反相輸出端，第二可變電阻的 一端連接全差分運算放大器的反相輸入端，第二可變電阻的另一端連接全差分運算放大器 的同相輸出端。4.根據權利要求2所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述電流補償單元包 括多個電流補償子單元，電流補償子單元包括N溝道MOS管、第一電流補償控制開關和第二 電流補償控制開關，N溝道MOS管的柵極輸入偏置電壓VB，N溝道MOS管的源極接地，N溝道MOS 管的漏極分別連接第一電流補償控制開關的一端和第二電流補償控制開關的一端，第一電 流補償控制開關的另一端連接全差分運算放大器的反相輸入端，第二電流補償控制開關的 另一端連接全差分運算放大器的同相輸入端。5.根據權利要求3所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述增益控制電路 (5)包括第一比較器(51)、第二比較器(52)和跟蹤控制模塊(53)，信號強度指示電路(4)輸 出的信號分別傳送至第一比較器(51)和第二比較器(52)，第一比較器(51)將信號強度指示 電路(4)輸出的信號與第一基準電壓進行比較后將比較結果輸出給跟蹤控制模塊(53)，第 二比較器(52)將信號強度指示電路(4)輸出的信號與第二基準電壓進行比較后將比較結果 輸出給跟蹤控制模塊(53)，跟蹤控制模塊(53)控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可 變電阻的阻值，以調整放大器模塊的增益。6.根據權利要求1所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述信號強度指示電 路(4)包括全波整流器(41)和低通濾波器(42)，經過可變增益放大電路(2)的放大之后的信 號輸入全波整流器(41)的輸入端，經過全波整流器(41)的整流處理后輸出給低通濾波器 (42)，經過低通濾波器(42)的濾波處理后輸出給增益控制電路(5)。7.根據權利要求6所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述全波整流器(41) 包括非平衡源耦合差分對。8.根據權利要求5所述的步進式自動增益控制系統，其特征在于:所述跟蹤控制模塊 (53)采用步進式增益控制字算法，增益控制的步長為ldB。
【文檔編號】H03G3/30GK205725672SQ201620486205
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】馬力, 王志功, 徐建
【申請人】東南大學