CN104954036B - 自动增益控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动增益控制电路，前级增益电路将来自外部天线的射频信号进行处理后输出模拟正交信号至模数转换模块；模数转换模块将该模拟正交信号转换为数字正交信号，并将该数字正交信号分别输出至幅度提取模块和外部的后级电路；幅度提取模块获取该数字正交信号的当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块；误差检测模块根据该当前幅度值与预设的目标幅度值进行比较计算出误差值，并将该误差值发送至收敛调整模块；收敛调整模块根据误差值以及预设的增益因子输出调整值至环路滤波模块；环路滤波模块将调整值在预设次数内进行循环累加以得到增益值，并将该增益值通过增益调节模块发送至前级增益电路。其具有反馈快捷、功耗低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信***增益技术，尤其涉及一种自动增益控制电路。
背景技术
现代通信技术日益月异，各种无线通信标准层出不穷。在信号的接收过程中，自动增益控制电路(AGC)是模拟或数字接收机的关键组成部分。接收机的AGC环路通过对前端模拟增益放大器的增益控制，将模数转换模块的模拟输入信号稳定在某一最佳值附近，确保在接收强信号时模数转换模块不溢出，同时在接收弱信号时增加模数转换模块有效量化位数。但是，由于传统模拟自动增益控制电路抗噪声能力差，容易受到温度的影响，难以实现高精度控制，且控制稳定性和灵活性较差，环路时间常数一旦确定就无法更改。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种自动增益控制电路，其采用数字式自动增益控制，具有反馈快捷、功耗低等特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
自动增益控制电路，包括前级增益电路、模数转换模块、幅度提取模块、误差检测模块、收敛调整模块、环路滤波模块以及增益调节模块；所述前级增益电路，用于将来自外部天线的射频信号进行处理后输出模拟正交信号至模数转换模块；所述模数转换模块，用于将该模拟正交信号转换为数字正交信号，并将该数字正交信号分别输出至幅度提取模块和外部的后级电路；所述幅度提取模块，用于获取该数字正交信号的当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块；所述误差检测模块，用于根据该当前幅度值与预设的目标幅度值进行比较计算出误差值，并将该误差值发送至收敛调整模块；所述收敛调整模块，用于根据误差值以及预设的增益因子输出调整值至环路滤波模块；所述环路滤波模块，用于将调整值在预设次数内进行循环累加以得到增益值，并将该增益值通过增益调节模块发送至前级增益电路。
优选的，所述模拟正交信号包括模拟正弦信号和模拟余弦信号，所述数字正交信号包括数字正弦信号和数字余弦信号。
进一步优选的，所述幅度提取模块包括第一降采样模块、第二降采样模块、第一提取模块、第二提取模块、第一乘法器以及加法器；所述第一降采样模块，用于将数字正弦信号进行降采样处理得到降采样正弦信号；所述第二降采样模块，用于将数字余弦信号进行降采样处理后得到降采样余弦信号；所述第一提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值大的绝对值发送至加法器；所述第二提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值小的绝对值发生至第一乘法器；所述第一乘法器，用于将数值小的绝对值与预设的乘法系数进行乘法运算得到新数值后发送至加法器；所述加法器，用于将数值大的绝对值与新数值进行加法运算后得到当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块。
进一步优选的，所述乘法系数为0.3125。
进一步优选的，所述收敛调整模块包括第二乘法器，所述第二乘法器用于根据误差值与预设的增益因子进行运算后输出调整值至环路滤波模块。
进一步优选的，所述环路滤波模块包括防溢出处理器、触发器、累加器、计数器以及选择器，所述累加器的输入端与收敛调整模块连接，累加器的输出端连接防溢出处理器的输入端，选择器的输出端通过触发器连接累加器的输入端，所述防溢出处理器的输出端还连接增益调节模块，所述计数器连接选择器的控制端，所述计数器还连接收敛调整模块，该计数器用于当收敛调整模块首次输出调整值时使防溢出处理器的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块从第二次输出调整值时开始使累加器的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块输出调整值的次数达到预设次数且根据来自收敛调整模块的调整值检测出射频信号发生功率突变时，计数器清零。
进一步优选的，所述前级增益电路包括低噪声放大器、混频器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一增益放大器和第二增益放大器，所述模数转换模块包括第一模数转换模块和第二模数转换模块；所述低噪声放大器的输入端与外部天线连接，低噪声放大器的输出端连接混频器的输入端，所述第一低通滤波器的输入端和第二低通滤波器的输入端均与混频器的输出端连接，所述第一低通滤波器的输出端通过第一增益放大器连接第一模数转换模块的输入端，所述第二低通滤波器的输出端通过第二增益放大器连接第二模数转换模块的输入端，所述第一模数转换模块的输出端和第二模数转换模块的输出端均与幅度提取模块连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用数字式自动增益控制电路，通过幅度提取模块对数字正交信号进行提取，降低采样点数量，减少了运算量，节省设计面积及功耗，误差检测模块决定增益调整方向，收敛调整模块用于实现调整速度和精度的调节，以适应更多场合。
附图说明
图1为本发明的电路结构图；
图2为本发明的前级增益电路和模数转换模块的模块结构图；
图3为本发明的幅度提取模块的模块结构图；
图4为本发明的环路滤波模块的电路结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
参见图1至图4，本发明实施例提供一种自动增益控制电路，其包括前级增益电路、模数转换模块、幅度提取模块、误差检测模块、收敛调整模块、环路滤波模块以及增益调节模块；前级增益电路，用于将来自外部天线的射频信号进行处理后输出模拟正交信号至模数转换模块；模数转换模块，用于将该模拟正交信号转换为数字正交信号，并将该数字正交信号分别输出至幅度提取模块和外部的后级电路；幅度提取模块，用于获取该数字正交信号的当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块；误差检测模块，用于根据该当前幅度值与预设的目标幅度值进行比较计算出误差值，并将该误差值发送至收敛调整模块；收敛调整模块，用于根据误差值以及预设的增益因子输出调整值至环路滤波模块；环路滤波模块，用于将调整值在预设次数内进行循环累加以得到增益值，并将该增益值通过增益调节模块发送至前级增益电路。
本实施例一个总的工作流程为，通过提取射频信号的幅度值，与目标幅度值进行误差值计算，加误差值送给收敛调整模块得到调整值之后输送至环路滤波模块，最后经过增益调节模块进行映射后反馈回前级增益电路，形成一个反馈回路，能够保证前级增益电路输出至后级电路的信号最接近目标值。
实际上，前级增益电路是将射频信号进行下变频、滤波等处理后分成两路信号输送至模数转换模块，即在输入单载波情况下，所谓模拟正交信号包括模拟正弦信号和模拟余弦信号，所谓数字正交信号包括数字正弦信号和数字余弦信号。
上述前级增益电路包括低噪声放大器、混频器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一增益放大器和第二增益放大器，模数转换模块包括第一模数转换模块和第二模数转换模块；低噪声放大器的输入端与外部天线连接，低噪声放大器的输出端连接混频器的输入端，第一低通滤波器的输入端和第二低通滤波器的输入端均与混频器的输出端连接，第一低通滤波器的输出端通过第一增益放大器连接第一模数转换模块的输入端，第二低通滤波器的输出端通过第二增益放大器连接第二模数转换模块的输入端，第一模数转换模块的输出端和第二模数转换模块的输出端均与幅度提取模块连接。低噪声放大电路用于减少对后面电路噪声的影响。混频器将射频信号分成两路信号，单载波输入的情况下，一路为模拟正弦信号，一路为模拟余弦信号，该两路信号依次经过低通滤波、放大增益之后由模数转换器进行转换为数字正弦信号和数字余弦信号。
幅度提取模块包括第一降采样模块、第二降采样模块、第一提取模块、第二提取模块、第一乘法器A1以及加法器B1；第一降采样模块，用于将数字正弦信号进行降采样处理得到降采样正弦信号；第二降采样模块，用于将数字余弦信号进行降采样处理后得到降采样余弦信号；第一提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值大的绝对值发送至加法器B1；第二提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值小的绝对值发送至第一乘法器A1；第一乘法器A1，用于将数值小的绝对值与预设的乘法系数进行乘法运算得到新数值后发送至加法器B1；加法器B1，用于将数值大的绝对值与新数值进行加法运算后得到当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块。
上述幅度提取模块采用求模值的方式，但为了减少运算量，节省设计面积及功耗，求取模值不采用平方开根号这种复杂的计算方式，而是采用近似的方式进行等效，采用等效的公式为 其中，I为数字正弦信号，Q为数字余弦信号，N为乘法系数，本实施例中，N优选为0.3125，L为降采样正弦信号的峰值的绝对值和降采样余弦信号的峰值的绝对值这两者中较大的一个绝对值，而S即为降采样正弦信号的峰值的绝对值和降采样余弦信号的峰值的绝对值这两者中较小的一个绝对值，即L＝MAX{|I|,|Q|}；S＝MIN{|I|,|Q|}。I、Q两路信号相位相差90度。整个幅度提取模块先分别对I、Q两路信号进行降采样处理，本实施例优选为8倍降采样，然后对该两路信号的绝对值中较小的值乘以0.3125，然后加上该两路信号的绝对值较大的，即可得到相应的当前幅度值。
误差检测模块用于检测出当前幅度值与目标幅度值之间的差异，决定增益调整方向，目标幅度值是预先设定好的，具体在操作之前如何确定目标幅度值采用如下计算方法：假设目标幅度值的数据格式为(8.8)，即8位的无符号数，例如小数0.1则可以表示为0.1×28，即用8bits无符号数表示，最大值为255，此时输入功率为0dB；当输入功率设置为-12dB时，对应的目标幅度值大约为最大值的1/4，可设置目标幅度值为64。当输入功率设置为-8dB时，可设置目标幅度值为100，固有目标幅度值的计算公式为：gain_target＝2n×10gain _target dB/20，gain_target为目标幅度值，gain_target dB为最大输入功率为1(0dB)的相对值；n为目标幅度只gain_target的量化位数。
收敛调整模块主要为实现数字AGC的增益调整速度及调整精度可调节，以适合多种不同的应用场合。收敛调整模块包括第二乘法器，该第二乘法器用于根据误差值与预设的增益因子进行运算后输出调整值至环路滤波模块。具体实现方式为将误差检测模块输出的误差值乘以增益因子α(α≤1，α的大小决定了稳定控制精度及稳定时间)。假设输入信号y(n)为幅度为c的阶跃信号，即y(n)＝c·(n),其中(n)为单位阶跃函数，参考门限gain_target为lgR,则其增益控制响应可表示为：
lgA(n)＝-lg{(c/R)[1-(1-)n|μ(n)
其中，A(n)表示输入信号倍数增益，由上式可以看出，环路稳定时间常数为1/α，环路稳态精度与α呈正比，即环路稳态时间与环路稳态精度都由参数决定。
环路滤波模块实现对误差增益控制量进行平滑处理，同时对增益控制量做饱和溢出保护处理，确保正常工作。环路滤波模块包括防溢出处理器、触发器、累加器B2、计数器以及选择器，累加器B2的输入端与收敛调整模块连接，累加器B2的输出端连接防溢出处理器的输入端，选择器的输出端通过触发器连接累加器B2的输入端，防溢出处理器的输出端还连接增益调节模块，计数器连接选择器的控制端，该计数器还连接收敛调整模块，该计数器用于当收敛调整模块首次输出调整值时使防溢出处理器的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块从第二次输出调整值时开始使累加器B2的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块输出调整值的次数达到预设次数且根据来自收敛调整模块的调整值检测出射频信号发生功率突变时，计数器清零。从收敛调整模块首次输出调整值至预设次数阶段为一个调整周期，在该调整周期内，当收敛调制模块第一次输出调整值时，计数器控制选择器选择来自防溢出处理器输出端的调整值，该调整值虽然经过累加器B2到达防溢出处理器，但是实际上并没经过任何累加，该调整值即为收敛调整模块首次输出的调整值，定义为Y1，选择器将Y1发送至累加器B2，同时累加器B2还继续接收来收敛调整模块的第二次调整值，记为Y2，此时累加器B2将Y1和Y2进行累加，得到Y12，该Y12分别输送至防溢出处理器和选择器，选择器将该Y12输送至累加器B2，同时累加器B2继续接收来自收敛调整模块的第三次调整值，记为Y3，将Y3和Y12进行累加，得到一个新的调整值分别输送至防溢出处理器和选择器，不断循环，直到收敛调整模块输出第M次调整值时，完成一个调整周期，M为预设的次数，当计数器计算到第M次时，假设此时的调制值为YM，此时通道增益调整到预设值(即调整值YM达到预设值，该预设值为合适的数值)后保持不变，一直以调整值YM输出，当射频信号发生功率突变时，后续电路所求得的幅度值、误差值、调整值均会发生相应的变化，计数器与收敛调整模块连接，能够获取来自收敛调整模块的调整值，因而可以间接检测到射频信号是否发生功率突变，当检测到射频信号发送功率突变时，计数器直接清零，之后又从第一次调整值开始处理运算。累加器B2不断的对调整值进行累加，次数多的时候会造成溢出，防溢出处理器的作用就在于防止溢出，实现饱和处理，通过环路滤波模块，能够最终使得经过一系列增益处理后输出至后级电路的信号更加接近目标值。增益调节模块主要是对环路滤波模块的运算结构进行增益控制映射，将其处理成前级增益电路对应的增益控制值，实现增益的调节，可在增益调节模块中处理成一个可写的控制表电路，以使后期使用中可更改增益映射表，使得本实施例的自动增益控制电路更加灵活。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.自动增益控制电路，其特征在于，包括前级增益电路、模数转换模块、幅度提取模块、误差检测模块、收敛调整模块、环路滤波模块以及增益调节模块；所述前级增益电路，用于将来自外部天线的射频信号进行处理后输出模拟正交信号至模数转换模块；所述模数转换模块，用于将该模拟正交信号转换为数字正交信号，并将该数字正交信号分别输出至幅度提取模块和外部的后级电路；所述幅度提取模块，用于获取该数字正交信号的当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块；所述误差检测模块，用于根据该当前幅度值与预设的目标幅度值进行比较计算出误差值，并将该误差值发送至收敛调整模块；所述收敛调整模块，用于根据误差值以及预设的增益因子输出调整值至环路滤波模块；所述环路滤波模块，用于将调整值在预设次数内进行循环累加以得到增益值，并将该增益值通过增益调节模块发送至前级增益电路；所述模拟正交信号包括模拟正弦信号和模拟余弦信号，所述数字正交信号包括数字正弦信号和数字余弦信号；所述幅度提取模块包括第一降采样模块、第二降采样模块、第一提取模块、第二提取模块、第一乘法器以及加法器；所述第一降采样模块，用于将数字正弦信号进行降采样处理得到降采样正弦信号；所述第二降采样模块，用于将数字余弦信号进行降采样处理后得到降采样余弦信号；所述第一提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值大的绝对值发送至加法器；所述第二提取模块，用于获取降采样正弦信号的峰值的绝对值以及获取降采样余弦信号的峰值的绝对值，将两者中数值小的绝对值发送至乘法器；所述第一乘法器，用于将数值小的绝对值与预设的乘法系数进行乘法运算得到新数值后发送至加法器；所述加法器，用于将数值大的绝对值与新数值进行加法运算后得到当前幅度值，并将该当前幅度值发送至误差检测模块。
2.如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于，所述乘法系数为0.3125。
3.如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于，所述收敛调整模块包括第二乘法器，所述第二乘法器用于根据误差值与预设的增益因子进行运算后输出调整值至环路滤波模块。
4.如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于，所述环路滤波模块包括防溢出处理器、触发器、累加器、计数器以及选择器，所述累加器的输入端与收敛调整模块连接，累加器的输出端连接防溢出处理器的输入端，选择器的输出端通过触发器连接累加器的输入端，所述防溢出处理器的输出端还连接增益调节模块，所述计数器连接选择器的控制端，所述计数器还连接收敛调整模块，该计数器用于当收敛调整模块首次输出调整值时使防溢出处理器的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块从第二次输出调整值时开始使累加器的输出端与选择器的输入端连接，当收敛调整模块输出调整值的次数达到预设次数且根据来自收敛调整模块的调整值检测出射频信号发生功率突变时，计数器清零。
5.如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于，所述前级增益电路包括低噪声放大器、混频器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一增益放大器和第二增益放大器，所述模数转换模块包括第一模数转换模块和第二模数转换模块；所述低噪声放大器的输入端与外部天线连接，低噪声放大器的输出端连接混频器的输入端，所述第一低通滤波器的输入端和第二低通滤波器的输入端均与混频器的输出端连接，所述第一低通滤波器的输出端通过第一增益放大器连接第一模数转换模块的输入端，所述第二低通滤波器的输出端通过第二增益放大器连接第二模数转换模块的输入端，所述第一模数转换模块的输出端和第二模数转换模块的输出端均与幅度提取模块连接。
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