CN1163516A - 无线电接收机的自动增益控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种数字化自动增益控制电路,可避免因高功率输入天线使接收机前级的低噪音放大器饱和而产生的误码率变坏,从而简化了结构。用扩展频谱法的无线电数据通信***的自动增益控制电路包括:低噪音放大器;限幅器;将信号分为I和Q信道的装置;比较器,对信号电压与标准电压进行比较;D型触发器,将比较器输出加到数据输入端;与门,将触发器输出与第一控制信号相“与”;场效应晶体管;调制解调器,调制载频,产生数字解调数据。

Description

无线电接收机的自动增益控制电路
本发明涉及一种在具有扩展频谱方法的无线电数字通信***中的自动增益控制电路,更具体说,涉及一种数字化的自动增益控制电路,以避免由于高功率输入到天线使位于接收机前级的低噪音放大器饱和而产生的误码率变坏,从而简化了它的结构,加快了其商品化进程。
一般说,扩展频谱方法是一种在建筑物中传输数字数据的通信方法。于是,一般的扩展频谱调制方法是通过使用混频器使含有高频和伪噪音(以后称为PN)的射频(以后称为RF)编码成数字数据,作为具有宽频带和低频谱密度的扩展信号。上述调制方法由于减少了外部干扰对***的影响,故具有能够改善***性能的特点。为了接收通过上述方法形成和发送的扩展信号,并稳定地解调该接收信号,必须恒定地保持接收信号的电平。而位于接收机前级的自动增益控制放大器(以后称为AGC放大器)正是执行上述工作的器件。
图1表示具有现有技术的自动增益控制电路的无线电接收机的结构。如图1所示,该无线电接收机包括:第一和第二信号混频器12和13,利用本机振荡器的输出频率(fL01和fL02)将接收的扩展信号频率变低;中频放大器(以后称为IF放大器)14,用于放大该频率变换后的信号,并根据接收信号强度指示(以后称为RSSI)产生电压;压控振荡器(VCO)24,用于产生给定的钟频;移相器23,用于将标准频率移相90°;低通滤波器(以后称为LPF)15和16,用于消除I和Q信道频带之外的信号;放大器17和18,用于放大经LPF15和16滤波后的信号;模/数(以后称为A/D)转换器19和20,用于将放大的信号转换成数字信号;调制解调器21,用于解调I和Q信道的A/D转换信号的数据;LPF9,用于低通滤波RSSI;电平变换器22,用于变换从LPF9输出的信号的电平;对数放大器10,用于转换电平变换后的信号,使之与AGC放大器11的控制电压的窄范围相符。
按上述构造的无线电接收机,使用正放大器14以与接收信号的电平成比例的电压控制AGC放大器11。然而,在上述情况直接采用正放大器14中输出的RSSI电压通常是不适当的。因此,要在LPF9中滤波RSSI电压的电平,必须有电平变换器22,以变换RSSI电压的电平使之与AGC放大器11需要的控制电压的范围相符。此外,如果如下所述,甚至在RSSI电压的电平变换之后仍不能得到控制AGC放大器11的具有适当范围的电压电平,即如果RSSI的动态范围很宽,而AGC放大器11的控制电压动态范围很窄,则根据本发明原则构成的无线电接收机,应通过降低由于采用对数放大器10使输出电平对于输入电平的变化,来产生具有适当范围的控制电压。
如上所述,采用电平变换器22或对数放大器10的自动增益控制方法不容易实现电平变换器22的功能,并且根据AGC放大器11的可变控制电压的范围常常不可能实现电平变换器22的作用。这时,必须加入其它分立电路来实施电平变换。此外,随着工作频率的升高,当AGC11的动态范围很窄而IF放大器14输出的RSSI电压的动态范围很宽时,很难实现所需的对数放大器10的作用。而且,LPF9的带宽确定了自动增益检测环路响应时间的特性。如果LPF9的带宽变宽,则该自动增益控制环路的响应时间特性会改善,但环路中的噪音电平将增加。结果,由于AGC放大器11的控制电压变化太快会使AGC放大器11的增益变化过大。反之,如果LPF9的带宽变窄,由于环路中的噪音电平降低,AGC放大器11的增益变化比上述情况减小许多,然而,却使自动增益控制环路的响应时间特性变坏。总之,为解决上述问题,就要适当地选择LPF9的带宽,以使不影响装置的性能。然而,这种选择是不容易的。
图3是波形图,表示根据现有技术和本发明的自动增益控制电路的工作情况。如图3的(b)所示,如果在一个信息包中接收信号的电平突然变化时,由于自动增益控制环路的响应时间特性影响,不能适当地完成增益控制。
所以,本发明的目的是提供一种数字化的自动增益控制电路,以避免由于高功率输入到天线使位于接收机前级的低噪音放大器饱和而造成的误码率变坏,从而简化其结构,加快其商品化进程。
为达到上述目的,提供了一种采用扩展频谱方法的无线电数据通信***的自动增益控制电路,其包括:低噪音放大器LNA,用于以低噪音放大通过天线接收的带通滤波后的信号;限幅器,用于产生接收信号强度指示RSSI电压,以便恒定地保持通过天线接收的作为本机振荡率的信号,直到向下进行频率变换之前;分离装置,用于将通过限幅器传送的信号分开为I信道和Q信道;比较器,对接收信号强度指示RSSI电压与给定的标准电压进行比较;D型触发器,将比较器的输出以与给定的第一控制信号同步地加到数据输入端;与门,将D型触发器的输出与第一控制信号相“与”;场效应晶体管FET,其栅极接收所述与门的输出,漏极加一给定电压,源极通过一电阻连接到低噪音放大器LNA的电源端;调制解调器,用于检测载频,产生检测信号作为第一检制信号,并从分开为I和Q信道的信号输出数字解调数据。
通过下面结合附图的详细描述将会更容易了解本发明的这些和其它各种特征和优点。
图1表示具有现有自动增益控制电路的无线电接收机的结构;
图2表示具有本发明的自动增益控制电路的无线电接收机的结构;
图3为波形图,表示按照现有技术和本发明的自动增益控制电路的工作情况。
在下面的描述中,规定出具体电路的部件和频率等的数字具体细节是为了更好地了解本发明,但是,很清楚,本发明领域的技术人员不管这些具体细节也是可以实施本发明的。在本发明中将避免可能使本发明主题变得含糊不清的那些属于已知功能和结构的不必要的过于详细的描述。
图2表示具有本发明的自动增益控制电路的无线电接收机的结构,其包括:低噪音放大器(以后称为LNA);限幅器28,用于恒定地保持为本机振荡频率的接收信号,直到将其向下进行频率变换之前;比较器36,对限幅器28中产生的RSSI电压与给定的标准电压Vref进行比较,即与LAN25截止时的输入信号电平对应的RSSI标准电压进行比较;D型触发器37,将比较器36的输出以与第一控制信号同步地加到它的数据输入端D,并输入第二控制信号加到复位端,所述第一控制信号即是在调制解调器35中输出的载频检测信号CRS,所述第二控制信号即是在调制解调器35中产生的复位信号RST;与门38,将D型触发器37的输出与第一控制信号相“与”;P-沟道场效应晶体管(以后称为P沟道FET),其栅极接收与门38的输出,漏极加+5V,源极通过一电阻R接到LNA 25的电源端Vcc;第一和第二混频器12和13,通过使用本机振荡器(来示出)的输出频率fL01和fL02对接收信号进行向下变频;压控振荡器24,用于产生给定的钟频;移相器23,用于将标准频率移相90°;低通滤波器(LPF)15和16,用于去除I信道和Q信道频带之外的信号;放大器17和18,用于放大经LPF15和16滤波的信号;A/D转换器19和20,用于将放大的信号转换为数字信号;调制解调器21,从I和Q信道的A/D转换信号中解调出数据。
具体说,通过天线接收的信号首先输入到带通滤波器(以后称为BPF)41。由LNA25放大通过BPF41的信号并由第一混频器12进行下变频。然后信号通过BPF42和放大器43,由第二混频器13对通过的信号进行下变频,变频后的信号通过BPF44和限幅器28。之后,限幅器28恒定地保持相对于输入信号电平的大范围变化的输出信号电平,并输出其直流电压与输入信号电平成比例的RSSI。将限幅器28的输出分开为I和Q信道,再分别输入到LPF15和16。放大器17和18分别放大LPF15和16的输出信号,放大后分别经MD转换器19和20输入到调制解调器21,从而可解调出数据。
同时,将作为限幅器28另一输出的RSSI电压供给比较器36,在这里与给定的标准电压进行比较,该给定标准电压即是对应于使LNA25截止的输入信号电平的电压。如果限幅器28的输出电压比该标准电压低,即如果它是输入信号的正常电平,则比较器36的输出为“0”,此时,不管在调制解调器21中产生的第一控制信号为“0”还是“1”,由与门38确定的比较器36的输出都为“0”,结果,由于P-FET39的栅极输入为“0”,使它的源极输出变为“1”(5V)。因此总是使LNA25接通。
相反,如果限幅器28的输出电压比标准电压高,即如果是输入信号的最大电平,则比较器36的输出变为“1”,此时,当调制解调器21输出的第一控制信号从“0”变为“1”时,D型触发器37的输出变为“1”。因此,与门38的输出变为“1”,然后,与门38的输出“1”输入到P-FET39的栅极,P-FET39的源极变为“0”(OV),故可使LNA25断开。这里,因为只有当第一控制信号从“0”到“1”转变时(即在上升沿)D型触发器37才改变其状态,而只有一个信息包的初始沿的第一控制信号才进行从“0”到“1”的转变,故在一个信息包的范围内不改变LNA25的通/断状态。因为在一个信息包中发生的接收信号电平的突然变化消失了,故能恒定地保持接收信号的电平。
明确地说,当根据现有技术采用对数放大器和电平变换器时,实现起来是不容易的,工作频率也受到限制,而且尽管使用了公共芯片,成本费用也不能令人满意。当将RSSI电压进行低通滤波时,因为自动增益控制环路响应时间特性是由带宽决定的,所以带宽的设定对本装置的性能有重大影响。然而,根据本发明实施的自动增益控制装置的优点在于,LNA的通/断是通过简单地使用逻辑门来实现的,不采用对数放大器和LPF,结果不但能执行自动增益控制功能,而且该自动增益控制装置的成本也比现有技术的自动增益控制装置更低。
尽管以上的说明是针对本发明的最佳实施例作出的,但本领域的技术人员应了解,可以有各种变化和修改,在不违背本发明精神范围情况下可以作等效元件的替换。本发明不限于前述具体的实施例。所附权利要求书包括了全部实施例。

Claims (6)

1.一种采用扩展频谱方法的无线电数据通信***的自动增益控制电路,包括:
低噪音放大器,用于对通过天线接收的带通滤波后的信号进行低噪音放大;
限幅器,用于产生接收信号强度指示电压,以恒定地保持通过所述天线接收的为本机振荡频率的所述信号,直到下变频之前;
分离装置,用于将通过所述限幅器传送的所述信号分开为I和Q信道;
比较器,用于对所述接收信号强度指示电压与给定的标准电压进行比较;
D型触发器,用于将所述比较器的输出以与给定的第一控制信号同步地加到其数据输入端;
与门,用于将所述D型触发器的输出和所述第一控制信号相“与”;
场效应晶体管,其栅极接收所述与门的输出,漏极加有给定电压,源极通过电阻连接到所述低噪音放大器的电源端;和
调制解调器,用于检测载频,产生所述检测信号作为所述第一控制信号,并从分开为所述I和Q信道的信号产生数字解调数据。
2.根据权利要求1的电路,其特征在于,所述的标准电压具有使所述低噪音放大器断开时的输入信号的电平。
3.根据权利要求1的电路,其特征在于,所述的调制解调器还包括一个用于产生使所述D型触发器复位的第二控制信号的装置。
4.一种自动增益控制电路,用于控制在采用扩展频谱方法的无线电数据通信***中的接收机前级的低噪音放大器的增益,该电路包括:
低噪音放大器,用于对通过天线接收的带通滤波后的信号进行低噪音放大;
限幅器,用于产生接收信号强度指示电压,以恒定地保持通过所述天线接收的为本机振荡频率的所述信号,直到下变频之前;
比较器,用于对所述接收信号强度指示电压与给定标准电压进行比较;
D型触发器,用于将所述比较器的输出以与给定的第一控制信号同步地加到其数据输入端;
与门,用于将所述D型触发器的输出和所述第一检测信号相“与”;
场效应晶体管,其栅极接收所述与门的输出,漏极加有给定电压,源极通过电阻连接到所述低噪音放大器的电源端;
第一和第二混频器,通过使用给定的第一和第二本机振荡频率,对所述接收信号进行下变频;
频率振荡器,用于产生标准频率;
移相器,用于将所述标准频率的相位移动90°;
第三和第四混频器,分别将所述标准频率或所述相移信号与所述限幅器输出的信号混合,并将该混频后的信号分开为I和Q信道;
低通滤波器,用于去除所述I和Q信道的频带之外的信号;
放大器,用于放大所述滤波后的信号;
模/数转换器,用于将所述放大信号转换为数字信号;
调制解调器,用于检测载频,产生所述检测信号作为所述第一控制信号,并从分开为所述I和Q信道的信号产生数字解调数据。
5.根据权利要求4的电路,其特征在于,所述的标准电压具有使所述低噪音放大器断开的输入信号的电平。
6.根据权利要求4的电路,其特征在于,所述的调制解调器还包括一个用于产生使所述D型触发器复位的第二控制信号的装置。
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