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AGC
閱讀�45465�(shí)間:2010-12-17 14:56:33

  automatic gain control�(jiǎn)稱AGC,也自動(dòng)增益控制是指�放大電路的增益自�(dòng)隨信�(hào)的強(qiáng)度而調(diào)整的自動(dòng)控制方法。對(duì)放大�的增益�(jìn)行自�(dòng)�(diào)節(jié)的過(guò)�。通常是為了使隨輸入信�(hào)電平變化而引起的輸出信號(hào)電平變化��

電路的具體要�

  (1)增益控制范圍��

  �:電視AGC:20~60dB�

  (2)保持系統(tǒng)良好的信噪比特��

  (3)控制靈敏度高�

  �:電視AGC:-3dB以內(nèi)�

  (4)控制增益變化�(shí),幅頻、群�(shí)延特性不�,以減小信�(hào)失真�

  (5)控制特性受溫度影響��

中頻放大器的�(shè)�(jì)

  FD05型AGC中頻放大器模塊是用于通訊�(shè)備的具有AGC(自動(dòng)增益控制)功能的中波頻段小信號(hào)放大�,主要為散射凋制、解凋分系統(tǒng)配套。它可將微弱的中頻小信號(hào)通過(guò)外部可變的控制電壓放大為一�(gè)所需要的功率輸出,其中心頻率�70 MHz�

  該產(chǎn)品的主要指標(biāo)如下�

  控制電壓:Vcon=0�3V

  電源電流:Icc�300 mA

  輸出電壓:Vo=0.1�2V

  輸出增益:KM�60 dB

  可控增益范圍:Avr�55 dB

  中心頻率:fo=68�72 MHz

  頻帶寬度:BW=10�16 MHz

  帶內(nèi)平坦度:Fm≤�2 dB

  該產(chǎn)品的�(huán)境可靠性指�(biāo)如下�

  電源電壓范圍�+12V±5%(典型�+12V�

  外殼工作溫度范圍:一40�+85�

  存儲(chǔ)溫度范圍:一55�+125�

  此外,該�(chǎn)品采用雙列直插模塊式,外型尺寸不大于(66.5×46.8×15mm,適用于SJ20668&#

  8212;98微電路模塊總�(guī)�,產(chǎn)品可以每四�(gè)一組保持相同的線性控制電��

  �(shè)�(jì)方案的確�

  根據(jù)模塊的功能要求及�(huán)境要�,設(shè)�(jì)�(shí)首先初步確定了電路模�,并繪制出電路原理圖,然后�(jìn)一步分析原理框圖中所需的元器件,并借助EDA仿真�(lái)模擬分選元器�,以基本�(shí)�(xiàn)電路功能�

  根據(jù)方案的設(shè)�(jì),利用計(jì)算機(jī)平面化沒(méi)�(jì)制板,以厚膜工藝組裝,確定的主要工藝流程如圖1所示�

主要工藝流程圖

  程序�(shè)�(jì)和電路原�

  ◇設(shè)�(jì)程序

  首先可根�(jù)電路功能和該�(chǎn)品各工作部位的要求構(gòu)�(huà)出原理框圖和工藝流程,然后細(xì)化每一功能所需的元器件和輔助元�,并降額冗余選擇,保證元器件�(zhì)量的可靠性�

  ◇電路工作原�

  H-FD05模塊的內(nèi)部功能框圖如�2所�。圖中中頻輸入信�(hào)�(jīng)隔離電容、匹配網(wǎng)�(luò)放大�,由帶通濾波器濾除其它雜波,冉�(jīng)匹配放大,然后通過(guò)三級(jí)AGC電壓控制放大,經(jīng)末級(jí)放大隔離輸出(直流隔離),使之達(dá)�60dB增益的中頻輸�??紤]到噪聲和紋波的干擾,AGC控制電壓加了一�(jí)LC濾波�(wǎng)�(luò),各�(jí)之間均有隔離電容�(duì)直流�(jìn)行隔�,三�(jí)AGC電壓放大均由PIN微波二極管整形緩��+12V電源加到模塊�(nèi),各�(jí)均有濾波電容�(duì)供電電源�(jìn)行凈�,三�(jí)AGC放大均備有微�(diào)電容以消除信�(hào)振蕩和調(diào)整線性增益�

H-FD05模塊的內(nèi)部功能框圖

  ◇方案的論證和評(píng)�

  根據(jù)該電路的原理、依�(jù)和工藝,可由相關(guān)專家�(duì)電路原理的信�(hào)流程,每�(gè)元器件的�(guī)格型�(hào),尺寸�(jìn)行認(rèn)真的分析,對(duì)一些有�(zhēng)議的部位或元器件�(jìn)行一定的修正。濾波器一般應(yīng)外接,以便于帶寬�(diào)�,使其電路比較完�,也便于后續(xù)工作的實(shí)��

  研制�(guò)�

  ◇元器件的選�

  根據(jù)電路原理�(yīng)選擇可靠元器�,并在集成電路中選擇滿足需要的功能。N1、N2 前級(jí)放大選用高精射頻放大器,N3、N4和N5選用高穩(wěn)定度中頻放大集成電路,N6末級(jí)大放選用低溫度系�(shù)的表貼中頻功�,并要求使用溫度范同要寬,以滿足工作的可靠�。電阻均采用1%高精度厚膜電阻,功率電阻均勻分�,以保證高低溫及振動(dòng)沖擊的穩(wěn)定�;PIN微波二極管選用耐壓�、特性一致、結(jié)電容�、全表貼�,并且配�(duì)使用;電容均采用高可靠的�(dú)石電�,電源濾波電容采用高�(wěn)定的X7R和超陶電容相�(jié)�,以加強(qiáng)濾波效果;調(diào)諧整形電容選用高�(wěn)定度� NP0片電�,保證寬溫下工作的低失真;電感選用高�(wěn)定的微型表貼電感,以確保小尺寸下的低溫升和線性輸��

  ◇結(jié)�(gòu)選擇

  依據(jù)�(chǎn)品的小尺寸、輕重量、工作溫度范圍寬等要�,同�(shí)考慮到國(guó)�(chǎn)成熟的配套能力和單位為貫�(biāo)生產(chǎn)線的�(xiàn)有標(biāo)�(zhǔn)�(jié)�(gòu),該�(chǎn)品開(kāi)始定�38線金屬殼焊封。由于輸出端子和外部�(diào)諧整�、測(cè)試端比較多,并且要求引出端有一定的忍�,故選用雙列排式引線�(jié)�(gòu),電�、輸入、輸出端子分�(kāi)排列,并增加了引出端子的接地屏蔽,使之達(dá)到用戶提出的要求�

  ◇改�(jìn)

  為提高產(chǎn)品特�,使之準(zhǔn)確反�(yīng)放大器的功能,針�(duì)降低殼體尺寸和提高精度等要求,除考慮集成電路的應(yīng)用范圍外,還�(duì)此采取了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換措�,重�(diǎn)解決表貼元器件的尺寸,使之殼體尺寸降�28線平行封�,殼體尺寸從�66.5×46.8× 15mm降至41×28×6mm;另外還加強(qiáng)了PIN二極管的一致性配�(duì)(每塊三�(gè),四塊一套共l2�)從而提高了�(chǎn)品的精度�

  �(shè)�(jì)技�(shù)難點(diǎn)及解決措�

  ◇結(jié)�(gòu)布局

  該AGC中頻放大器的中心頻率�70 MHz(屬高頻范�),其�(jié)�(gòu)布局非常重要。在電路�(shè)�(jì)初期,雖然根�(jù)引線尺寸�(jié)�(gòu)和電路流程�(jìn)行了精細(xì)布局,縮短走�,靠近各引線�,控制線寬和線間�。但電路仍不理想,在信號(hào)衰減60dB�(shí)就被埋沒(méi),信�(hào)�0dB�10dB�(shí)就有自激振蕩,通過(guò)大量的實(shí)�(yàn)和消自激電容的調(diào)整以及穿插接�,使之勉�(qiáng)在寬增益下達(dá)到輸出要�。但在殼體尺寸�(jìn)一步降低時(shí),根�(jù)這些�(shù)�(jù)整理和前后級(jí)屏蔽地線分級(jí)隔離,重新布局繪制平面厚膜電路,尤其是相鄰�(qiáng)弱信�(hào)的地線屏蔽使其對(duì)微弱信號(hào)的干擾減�。另外,輸入、輸出分別設(shè)�(jì)在陶瓷基板的兩頭�(duì)�,內(nèi)部電路流程設(shè)�(jì)成S走線,并如圖3所示分別隔�,最終才�(dá)到指�(biāo)要求,即使這樣,在高低溫實(shí)�(yàn)�(shí)仍有不穩(wěn)定現(xiàn)�。通過(guò)微調(diào)電容和殼體接地點(diǎn)�(shí)�(yàn),終于發(fā)�(xiàn)殼體的影響和端口駐波反射、內(nèi)部功率電阻對(duì)射頻放大器的干擾影響。經(jīng)�(guò)再次改�(jìn)電路布局,將多余端線接口引線直接焊到基板,輸�、輸出端口采用高頻插頭以及殼體大面積接地,包括基背面�(dǎo)電帶接地,并�(diào)大功率電阻的面積,減小發(fā)熱,才使之能在高低溫下穩(wěn)定可靠的工作,同�(shí)還使其以自身�(lái)�(bǔ)償輸出自激�

  ◇采用微波二極管提高電路精度

  該AGC中頻放大器的三級(jí)電壓增益放大均有三只PIN微波二極�

  (2K4D)整形緩沖,它�(duì)輸出增益的一致性和增益控制電壓值尤其重�,該二極管的參數(shù)為:反向電壓VB�200 V、正向微分電阻Rr�1Ω、結(jié)電容CP�0.40PF、耗散功率PW�0.3w。開(kāi)始組裝時(shí),只注意到滿足軍品二極管的通用特�,但�(chǎn)品的一致�(相對(duì)控制電壓值各�(duì)�(yīng)的各輸出幅�)都沒(méi)有引起足夠的重視,無(wú)法按用戶要求的四�(gè)一組�(jìn)行配�,即容易造成生產(chǎn)成本的浪�(fèi)。在初次�(wèn)題分析中始終�(méi)有找到問(wèn)題所在,只是�(rèn)為三�(gè)中放電路的不一�。經(jīng)與用戶探討和試驗(yàn)摸索�(fā)�(xiàn):微波二極管的正向微分電阻和�(jié)電容直接影響其輸出一致�。事�(shí)�,二�(xiàng)參數(shù)一起配�(duì)并且一塊三�,四塊一組共12支要求一樣也比較困難,組裝前的篩選配�(duì)很難�(jìn)�。之后經(jīng)�(guò)逐級(jí)分析、微�(diào)試驗(yàn),才能總�(jié)出它的變化規(guī)律。實(shí)際上,只要控制好三級(jí)中頻放大�(duì)�(yīng)位置的二極管的一致�,即可達(dá)到輸出對(duì)�(yīng)。至此,便可采用精分微波二極管的�(jié)電容,將其參�(shù)一致性的�(jié)電容(精確�0.01PF)裝在一�,以減少配套的工作量。在組裝�(shí),將一致的二極管焊在同一�(jí)的位置上,從而提高了�(chǎn)品的合格�,達(dá)到了用戶要求。但針對(duì)各批次的一致性精�,還需掌握其規(guī)律�(jìn)行控制,故要繼續(xù)�(tǒng)�(jì)分類,保證用戶放心使用和更換�

  �(chǎn)品特�(diǎn)

  �?yàn)樵摲糯笃�?dú)特的通用�,與同類�(chǎn)品相�,針�(duì)原分立器件組裝的AGC中頻放大器專用模�,該�(chǎn)品除保證了原有的電特性有所提高以外,還有如下一些特�(diǎn)�

  (1)模塊尺寸�,引出端采用�(biāo)�(zhǔn)28線平行封�,插拔更換比較方便�

  (2)重量�,機(jī)械可靠性好。由于采用全表面貼裝�(jié)�(gòu),元器件全部小型化、微型化,使之重量遠(yuǎn)�(yuǎn)低于分立器件,同�(shí)抗振�(dòng)沖擊能力增強(qiáng),不�(huì)出現(xiàn)引線振動(dòng)沖斷�

  (3)采用全金屬接地屏�、調(diào)諧方便。由于備份調(diào)整端子多,帶通濾波器外接,故可根椐需求很容易改變中心頻率和增益范圍等�

  (4)模塊�(chǎn)品尺寸如�4所��

  (5)該放大器的引出端排列符合�5�(guī)�。表1所列是其引出端功能�

放大器的引出端排列符合圖

  �(jié)�

  �2給出了該放大器的�(shí)�(cè)�(shù)�(jù)與要求指�(biāo)的比較�

放大器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與要求指標(biāo)的比較

  該產(chǎn)品在生產(chǎn)和調(diào)試過(guò)程中,嚴(yán)格按照制定好的工藝流程和�(zhì)量控制�(jìn)行。加之表面組裝的厚膜工藝和殼體封裝工藝都比較成熟,因而其�(shí)�(cè)�(shù)�(jù)完全滿足要求,且已通過(guò)�(shè)�(jì)定型。本AGC中頻放大器模塊可取代由分立器件組裝的電路形式。該模塊是中頻放大器專用模塊的一�(gè)新品�,為今后同類�(chǎn)品的研制提供了相�(duì)很好的經(jīng)�(yàn)�

一種結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單性能�(yōu)良的電路

  短波�(shù)字通信系統(tǒng)中接收機(jī)的AGC電路采用AD603可變?cè)鲆娣糯笃鹘Y(jié)合簡(jiǎn)單的AGC控制電路�(lái)�(shí)�(xiàn),具有較高的增益,動(dòng)�(tài)范圍�(dá)70dB,頻帶寬度為90MHz,且電路�(jié)�(gòu)相當(dāng)�(jiǎn)��

  短波接收�(jī)在接收信�(hào)�(shí),由于電離層的變�、衰落和接收信號(hào)條件等不同,其輸入端信號(hào)電平在很大范圍內(nèi)變化。而接收機(jī)的輸出功率是隨外�(lái)信號(hào)的大小而變化的,接收機(jī)的輸出端�(huì)出現(xiàn)�(qiáng)弱非常懸殊的信號(hào)功率。為此,短波接收�(jī)中非常強(qiáng)�(diào)自動(dòng)增益控制(AGC)電路。AGC電路是一種在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下,使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的自�(dòng)控制電路。AGC的基本原理是�(chǎn)生一�(gè)隨輸入電平而變化的直流AGC電壓,利用AGC電壓去控制某些放大部�(如中�)的增�,使接收�(jī)總增益按照一定規(guī)律而變化。AGC電路主要由控制電路和被控電路兩部分組成。控制電路就是AGC直流電壓的產(chǎn)生部分,被控電路的功能是按照控制電路所�(chǎn)生的變化著的控制電壓�(lái)改變接收�(jī)的增��

  目前,在短波接收�(jī)中放大器增益的控制方法主要有兩種。一種是改變放大器本身的參數(shù),使增益�(fā)生變�,典型的是采用雙柵場(chǎng)效應(yīng)�,通過(guò)改變其中某一柵的直流偏置電壓使增益發(fā)生變�;另一種是在放大器�(jí)間插入可變衰減器,控制衰減量,使增益�(fā)生變�,典型的是各種集成的可變?cè)鲆娣糯笃?,本文討論的AGC電路就是采用ADI公司的AD603可變?cè)鲆娣糯笃鹘Y(jié)合簡(jiǎn)單的AGC控制電路�(lái)�(shí)�(xiàn)的。要求增益大�50dB,AGC�(dòng)�(tài)范圍大于65dB,輸出信�(hào)電平基本�(wěn)定在-10dBm�

  AD603工作原理

  �1:AD603引腳功能

AD603引腳功能

  AD603是低��90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)�,如增益用分貝表�,則增益與控制電壓成線性關(guān)�。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍,增益在-11�+30dB�(shí)的帶寬為90MHz,增益在+9�+41dB�(shí)具有9MHz帶寬,改變管腳間的連接電阻,可使增益處在上述范圍內(nèi)。該集成電路可應(yīng)用于射頻自動(dòng)增益放大�、視頻增益控�、A/D�(zhuǎn)換量程擴(kuò)展和信號(hào)�(cè)量系�(tǒng),簡(jiǎn)化原理框圖如�1所��

AD603的原理框圖

  �1:AD603的原理框�

  AD603由無(wú)源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網(wǎng)�(luò)輸入�(VINP)的信�(hào)�(jīng)衰減后,由固定增益放大器輸出,衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的�(diào)整與其自身電壓值無(wú)�(guān),而僅與其差值VG有關(guān),由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達(dá)50MΩ,因而輸入電流很�,致使片�(nèi)控制電路�(duì)提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特�(diǎn)很適合構(gòu)成程控增益放大器。圖1中的“滑�(dòng)臂”從左到右是可以連接移動(dòng)�。當(dāng)VOUT和FDBK兩管腳的連接不同�(shí),其放大器的增益范圍也不一��

  �(dāng)�5和腳7短接�(shí),AD603的增益為40Vg+10,這時(shí)的增益范圍在    -10�30dB,本文的�(shè)�(jì)就是這樣�(yīng)用的。當(dāng)�5和腳7斷開(kāi)�(shí),其增益�40Vg+30,這時(shí)的增益范圍為10�50dB。如果在5腳和7腳接上電�,其增益范圍將處于上述兩者之��

  AGC電路工作原理及增益的分配和計(jì)�

  � AGC電路工作原理

  選用AD603作為主放大器,兩片AD603采用順序�(jí)�(lián)形式,充分發(fā)揮每一片AD603的增益控制功�。AGC檢波�9018完成�9018同時(shí)送出AGC控制電壓。完整的放大器及AGC電路如圖2所示�

  �(jīng)兩級(jí)AD603放大的信�(hào),一路由J2送入下一�(jí)信號(hào)通道,另一路則由C10輸入�9018用于AGC檢波�9018的發(fā)射極PN�(jié)完成AGC檢波,并由集電極�(jīng)電容CAGC濾波后送出AGC控制電壓VAGC�

  輸入信號(hào)增大�(shí)�9018的基極瞬�(shí)電流也增�,相�(yīng)的集電極電流也跟著增�,從而R7兩端的瞬�(shí)壓降也增�,則集電極瞬�(shí)電壓減小,經(jīng)濾波后得到的VAGC也相�(yīng)減小;同樣,輸入信號(hào)減小�(shí),VAGC則會(huì)增大,即VAGC與輸入信�(hào)的強(qiáng)度成反比,符合AGC電壓反向控制要求�

  AD603�2腳對(duì)地壓降固��1腳對(duì)地壓降即為VAGC,從�1�2腳的電壓差V12受VAGC的控�。AD603的增益可表示為:G=40·V12+10。由此可�(jiàn),隨著VAGC的增加,V12也增�,則AD603的增益變大;相反,若VAGC減小,V12也減�,則AD603的增益變�,從而使兩級(jí)AD603的輸出恒定在某�(gè)信號(hào)�(qiáng)度上。AGC�(shí)間常�(shù)的調(diào)整可以通過(guò)改變CAGC的容值來(lái)�(shí)�(xiàn)�

  � AGC增益的分配和�(jì)�

  兩片AD603采用順序�(jí)�(lián)模式有利于控制精度和信噪比的提高。而順序級(jí)�(lián)模式要求在放大信�(hào)�(shí)先啟用片AD603的增�,用盡后再用第二片的增益。由AD603的增益計(jì)算公式可知,�(dāng)V12�-500�500mV之間�(shí),其增益�-10�30dB范圍�(nèi)變化,則兩片AD603的V12之間�(yīng)�1V的電壓差,反�(yīng)在圖2�,即兩片AD603�2腳之間有1V的壓��

放大器及AGC電路

  �2:放大器及AGC電路

  根據(jù)�(shí)際設(shè)�(jì)�(yīng)留有一定的余量。將片AD603的增益范圍定�       -6�30dB,則相應(yīng)的V12�-400�500mV,而其2腳已固定�5.5V,故1腳的控制電壓即VAGC�(yīng)�5.1�6V。第二片AD603的增益范圍定�-10�24dB,則相應(yīng)的V12�-500�350mV,而其2腳已固定�6.5V,故1腳的控制電壓即VAGC�(yīng)�6�6.85V,兩片順序級(jí)�(lián)后的總增益范圍為-16�54dB,如�3所��

AGC增益分配情況

  �3:AGC增益分配情況

  由以上分析可�,當(dāng)AGC控制電壓VAGC�5.1V�6.85V變化�(shí),兩�(jí)AD603的總增益將從-16dB�54dB線性增加。現(xiàn)在需要做的是�(diào)�9018的工作點(diǎn),使得當(dāng)輸入信號(hào)適當(dāng)變化�(shí),能夠從9018的集電極取出�5.1V�6.85V變化的AGC控制電壓VAGC。由�2可以看出,VAGC的大小取決于R7的阻值和集電極電流的大小�

  在無(wú)信號(hào)輸入�(shí),調(diào)�9018的靜�(tài)工作�(diǎn),使9018�(fā)射極的PN�(jié)處于近似截止?fàn)顟B(tài),并�(diào)整R7的阻值使得VAGC�6.85V,此�(shí)兩級(jí)AD603的增益全部放�(kāi),即54dB;當(dāng)有信�(hào)輸入,但其信�(hào)�(qiáng)度尚不能�9018�(fā)射極的PN�(jié)�(dǎo)通時(shí),AGC處于失控狀�(tài),輸出信�(hào)將隨著輸入信�(hào)�(qiáng)度的增大而增�;當(dāng)信號(hào)�(qiáng)度足以使9018�(fā)射極的PN�(jié)�(dǎo)通時(shí)�9018處于AGC檢波狀�(tài),此�(shí)AGC�(kāi)始起�,VAGC大約�25mV/dB的速率下降,直至下降到5.1V。對(duì)�(yīng)的兩�(jí)AD603的增益也�(kāi)始逐漸�54dB下降�-16dB,先是第二級(jí)AD603的增益逐漸�24dB下降�-10dB,然后級(jí)AD603的增益也�(kāi)始逐漸�30dB下降�-6dB。此�(shí),AGC�(jìn)入飽和點(diǎn),輸入信�(hào)�(qiáng)度再增大�(shí),AGC已失去控制作用,輸出信號(hào)又將隨著輸入信號(hào)�(qiáng)度的增大而增�。這就是AGC的整�(gè)控制�(guò)�,即隨著輸入信號(hào)�(qiáng)度的不斷增大,AGC將歷�(jīng)失控、開(kāi)始起�、�(jìn)入飽和、再次失控的控制�(guò)��

  � AGC起控�(diǎn)與飽和點(diǎn)的選取和�(jì)�

  AGC起控�(diǎn)與飽和點(diǎn)的選取應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)�(jì)�。假�(shè)要求信號(hào)�(jīng)AGC放大�,其信號(hào)�(qiáng)度穩(wěn)定在W(dBm),AGC增益范圍為Ga~Gb(dB),則AGC起控�(diǎn)電平(dBm)為W-Gb;AGC飽和�(diǎn)電平(dBm)為W-Ga。在�(yīng)用中,要求信�(hào)�(jīng)兩級(jí)AD603的放大后,其信號(hào)�(qiáng)度基本穩(wěn)定在-10dBm,而AGC增益范圍�-16�54dB,因此AGC起控�(diǎn)電平�(yīng)�-10-54=-64(dBm);AGC飽和�(diǎn)電平�(yīng)�-10-(-16)=6(dBm)。故此AGC所能處理的信號(hào)的動(dòng)�(tài)范圍�-64�6dBm,共70dB�

  AGC起控�(diǎn)的調(diào)整可通過(guò)改變R5的阻值來(lái)�(shí)�(xiàn)。事�(shí)�,改變R5的阻值也就是�(diào)�9018�(fā)射極的PN�(jié)壓降。此PN�(jié)用于AGC檢波�(shí),其壓降大約被偏置在500�700mV之間。假�(shè)在工作過(guò)程中此PN�(jié)的瞬�(shí)壓降�600mV�(shí),AGC�(kāi)始起控,又假�(shè)要求的AGC起控�(diǎn)電平�-30dBm(20mV),那么,可以通過(guò)�(diào)整R5的阻值使得此PN�(jié)被偏置在580mV,則�(dāng)輸入信號(hào)電平�(dá)�20mV�(shí),此PN�(jié)的瞬�(shí)壓降�600mV,AGC�(kāi)始起控。以上只是定性的近似分析,在�(shí)際電路的�(shí)�(xiàn)�,要根據(jù)�(cè)量結(jié)果,反復(fù)�(diào)整R5的阻�,才能滿足AGC起控�(diǎn)的要�。當(dāng)�,AGC起控�(diǎn)有一�(gè)下限。就�2所示AGC控制電路�(lái)�,其AGC控制下限取決�9018�(fā)射極PN�(jié)壓降的調(diào)整精�,經(jīng)�(shí)際測(cè)�,此值大約在100μV(-76dBm)左右�

  �(shí)�(yàn)�(shù)�(jù)

AGC測(cè)試框圖

  �4:AGC�(cè)試框�

  將整�(gè)電路按圖4所示連接�(jìn)行閉�(huán)�(cè)�。在�(cè)試過(guò)程中,通過(guò)�(diào)整HP-8920A的可變衰減器�(lái)改變輸入信號(hào)�(qiáng)度的大小,輸出信�(hào)�(qiáng)度由HP-E4405B觀�(cè),同�(shí),通過(guò)�(wàn)用表�(cè)試VAGC的電壓�,測(cè)試數(shù)�(jù)如表2所��

  �2:AGC�(cè)試數(shù)�(jù)

AGC測(cè)試數(shù)據(jù)

  由表2的測(cè)試數(shù)�(jù)可以看出,輸入信�(hào)�(qiáng)度從-64dBm�6dBm變化�(shí),AGC控制電路能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)AGC控制電壓VAGC的大�,從而改變AD603的增�,使其輸出信�(hào)�(qiáng)度基本穩(wěn)定在-10dBm,整�(gè)控制范圍�70dB以上,滿足設(shè)�(jì)要求�

基于PDM技�(shù)的電路設(shè)�(jì)

  電路在通信系統(tǒng)�(lǐng)域有著非常廣泛的�(yīng)�,主要用于各種接收芯片的中頻�(jí)和射頻級(jí),實(shí)�(xiàn)壓縮�(dòng)�(tài)范圍,抑制干擾脈沖和抗快衰落等作�。然而傳�(tǒng)的基于脈沖寬度調(diào)制波形輸出的AGC電路在環(huán)路穩(wěn)定性上較差,收斂速度�,外圍所需的元器件也較�,因而體積較�,這些極大地制約了AGC電路的性能。因此嘗試采用基于脈沖密度調(diào)制技�(shù)的AGC電路,以克服基于PWM技�(shù)的AGC電路的種種性能瓶頸�

  1 AGC電路概述

  在各種通信系統(tǒng)�,受�(fā)射功率大�,收�(fā)距離�(yuǎn)�,信�(hào)在傳輸媒介中�(huì)出現(xiàn)明顯的衰落等因素的影�,作用在接收�(jī)輸入端的信號(hào)�(qiáng)度有很大的變化和起伏。然而信道解�(diào)部分只能處理幅度變化不大的信�(hào),信�(hào)�(guò)�(qiáng)、過(guò)弱或忽大忽小,都�(huì)使解�(diào)失敗。所以必須要有一�(gè)AGc電路,使接收�(jī)的輸入端能處理幅度變化很大的信號(hào),而解�(diào)部分能收到一�(gè)平穩(wěn)適中的信�(hào),以�(jìn)行信道解�(diào)。AGC電路可以使振幅變化范圍非常大的輸入信�(hào),輸出時(shí)振幅變化范圍非常�,從而保證輸入到ADC的信�(hào)位于ADC的工作范�,AGC電路的功能框圖如�1所��

AGC電路的功能框圖

  �1中的A/D�(zhuǎn)換器將輸入�(jìn)�(lái)的模擬信�(hào)采樣量化為數(shù)字量�,經(jīng)�(guò)信號(hào)平均電平檢測(cè)器算出平均電�,該平均電平與預(yù)先設(shè)定的參考電平值V,相比較,得到平均電平誤�,將該誤差送入IIR濾波器�(jìn)行平滑累加后得到與所期望的AGC增益相對(duì)�(yīng)的數(shù)字量(AGC控制�),通過(guò)D/A�(zhuǎn)換器送入可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)�

  在上述這些模塊�,D/A模塊有多種方案可選。由于該模塊涉及到制造工藝和系統(tǒng)的外圍電�,而且D/A�(zhuǎn)換器必須占用一定空間及消耗一定量的功�,因此D/A�(zhuǎn)換器方案的選�,將�(duì)AGC甚至整�(gè)系統(tǒng)的性能和成本產(chǎn)生很大的影響�

  D/A�(zhuǎn)換器一般有下面三種方案可選�

  (1)直接使用專用的D/A�(zhuǎn)換芯片。這種方案�(zhuǎn)換速度�,但成本太高,一般不予采用�

  (2)脈沖寬度�(diào)制器(PWM)+RC濾波器的方案。該方案成本低廉,但是D/A�(zhuǎn)換速度�,AGC電路�(dá)到收斂的�(shí)間長(zhǎng),嚴(yán)重時(shí)�(huì)�(chǎn)生振�。該方案在對(duì)AGC�(huán)路穩(wěn)定性和收斂速度要求不高的通信系統(tǒng)中經(jīng)常被使用�

  (3)脈沖密度�(diào)�(PDM)+RC濾波器的方案。該方案可以克服PWM波的諸多缺點(diǎn),但成本較高,適用于�(duì)控制要求較高的系�(tǒng)�

  2 PDM與PWM的原理及比較

  2.1 PWM理論及其特點(diǎn)

  PWM是一種通過(guò)改變高低電平的比值來(lái)得到不同輸出電壓的調(diào)制方�。該�(diào)制輸出周期為T,占空比為N/M(N,M必須是整�(shù))的方��

  如圖2所�,電容C上的電壓就是PWM的輸出電壓Uout,在RC值足夠大�(shí),Uout=Uin·(N/M)。PWM的精度與M有著很大的關(guān)�。當(dāng)M=2�(shí),只�0�1�2�2�2三種電壓輸出;而到M=256�(shí),就�0�1�256�2�256�3�256,��256�256一�257種電壓輸�。M的大小取決于VGA的精�。一般來(lái)�(shuō),VGA能達(dá)�10位以上的精度,就是說(shuō)M的取值要�1 024以上。隨著M的增�,RC的值也將相�(yīng)增加,否則Uout就會(huì)呈現(xiàn)出明顯的鋸齒狀波形,使增益波動(dòng),惡化解�(diào)性能。但是如果讓RC增大,在增加元器件成本的同時(shí),還�(huì)使Uout�(duì)IIR濾波器產(chǎn)生的�(shù)字量變化響應(yīng)變慢,延�(zhǎng)AGC收斂�(shí)�,甚至造成AGC的振�,這在AGC電路的設(shè)�(jì)中是�(yán)格禁止的�

  2.2  PDM原理

  PWM的周期T是固定的,改變的是高低電平的占空�;而PDM的脈沖寬�(高電平寬�)是固定的,改變的是脈沖的密集程度,脈沖密集,Uout就越�;脈沖稀�,則Uout就越�。圖3給出電壓�5�16�(shí)的PDM與PWM波形�

電壓為5/16時(shí)的PDM與PWM波形

  可見(jiàn),PDM相當(dāng)于在�(shí)域上被打散的PWM。由于PDM的高低電平分布較為均勻,因此在R,C值較小的系統(tǒng)�,也可以濾除高頻交流分量,從而克服PWM的缺�(diǎn)�

  2.3 PDM的實(shí)�(xiàn)

  假設(shè)PDM的脈沖周期為△T,將�(shí)鐘信�(hào)送入N位計(jì)�(shù)�,實(shí)�(xiàn)0�1,��2N-1的計(jì)�(shù)。在�(jì)�(shù)的單�(gè)脈沖周期△T�,將�(jì)�(shù)�(jié)果各�(gè)位上的邏輯值經(jīng)�(guò)一系列邏輯操作,實(shí)�(xiàn)N位比較基�(zhǔn)脈沖信號(hào),分別為B0,B1,B2,�,B(N-1)。在每一�(gè)△T�,都只有一�(gè)位上有邏輯�1”,其他位上均為邏輯�0�。同�(shí)將輸出的N位數(shù)�(jù)與該比較基準(zhǔn)脈沖信號(hào)B0,B1,B2,�,B(N-1)�(jìn)行逐位與操�,再將各�(gè)位上的結(jié)果相�,便得到△T�(nèi)的調(diào)制結(jié)��

  �(duì)于N位的信號(hào),周期為T=2N×△T。對(duì)�8位數(shù)字信�(hào),PDM�(diào)制結(jié)果為�

  PDMout=B7&D7+B6&D6+B5&D5+B4&D4+B3&D3+B2&D2+B1&D1+B0&D0

  其中,B0~B7為比較基�(zhǔn)脈沖信號(hào)的低位到高位,而D0~D7為數(shù)字信�(hào)的低位到高位�

  如圖4所�,就�8位的PDM比較基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。其�,B7~B0的波形分別對(duì)�(yīng)10000000B�01000000B�00100000B,��00000001B的PDM�(diào)制方��

  例如,對(duì)十六�(jìn)制數(shù)2CH�(jìn)行PDM�(diào)��2CH�(duì)�(yīng)的二�(jìn)制數(shù)為�00101100�。其�,B5,B3,B2為�1”,其他各位均為�0�,經(jīng)�(guò)逐位邏輯操作得:

  PDMout=B7&0+B6&0+B5&1+B4&0+B3&1+B2�1+B1&0+B0�0=B5+B3+B2

  �(jīng)�(guò)一�(gè)周期的調(diào)制,使得到圖5所示的PDM�(diào)制信�(hào)。這樣8位的�(shù)字信�(hào)就轉(zhuǎn)化為1位的脈沖信號(hào)�

  在實(shí)際工程應(yīng)用中,通常在系�(tǒng)中使用一�(gè)�-△調(diào)制器�(lái)�(chǎn)生PDM波形?�?△調(diào)制器的結(jié)�(gòu)如圖6所��

?!?△調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖

  寄存器輸出的比特流中高電平的密度代表了輸入信�(hào)的幅�。如果圖6中虛線左�(cè)部分是模擬電�,輸入的是模擬信�(hào),那么單位時(shí)間內(nèi)輸出比特流中1的�(gè)�(shù)就反映了輸入模擬信號(hào)的幅度,�(shí)�(xiàn)A/D�(zhuǎn)換功�。如果虛線左�(cè)部分是數(shù)字電路,輸人的是若干比特寬的�(shù)字量,那么對(duì)輸出的比特流�(jìn)行低通濾波后,就得到了相�(yīng)的電�,實(shí)�(xiàn)的是D/A�(zhuǎn)換功能。本AGC電路中使用的是∑-△調(diào)制器的D/A功能,并且輸入范圍為0�1 023,可�(shí)�(xiàn)足夠精確的D/A�(zhuǎn)��

  3 PDM與PWM的仿真比�

  3.1  PDM與PWM收斂�(shí)間仿真比�

  �7是用Matlab�(duì)PDM和PWM�(jìn)行的仿真�(duì)�。其�,電路參�(shù):VGA增益�15 dB/V,R=100 Ω,C=0.1μF,AGC工作�(shí)鐘為10 MHz�

用Matlab對(duì)PDM和PWM進(jìn)行的仿真對(duì)比

  從圖7中可以看�,在相同的R,C條件下,使用PDM�(diào)制的AGC電路,在收斂�(shí)間上小于使用PWM�(diào)制的AGC電路�

  3.2 PDM與PWM�(huán)路穩(wěn)定性仿真比�

  從圖8和圖9中可以看出,在相同的R,C條件下,使用PDM�(diào)制的AGC電路,Uout的抖�(dòng)小于使用PWM�(diào)制的AGC電路,環(huán)路穩(wěn)定性明顯較��


  4�(jié)  �(yǔ)

  本文通過(guò)PDM和傳�(tǒng)的PWM兩種�(diào)制方式的比較,最終得出使用PDM�(diào)制方式來(lái)充當(dāng)AGC電路的D/A�(zhuǎn)換器,從而控制前端VGA的增益的方案。該方案相對(duì)于PWM方案具有更短的AGC收斂�(shí)間和更穩(wěn)定的�(huán)路特�。通過(guò)Matlab仿真�(yàn)�,表明了該方案的可行��

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