CN202906888U

CN202906888U - 恒包络接收机的自动增益控制装置

Info

Publication number: CN202906888U
Application number: CN201220477310.9U
Authority: CN
Inventors: 金海鹏
Original assignee: Micro Electronics (shanghai) Co Ltd
Current assignee: TAILING MICROELECTRONICS (SHANGHAI) CO Ltd
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-09-17

Abstract

本实用新型涉及无线通信和电子技术领域，公开了一种恒包络接收机的自动增益控制装置。本实用新型中，采用固定增益值的限幅放大器，根据低噪声放大器的输入信号强度和来自限幅放大器的接收信号的强度指示，调整低噪声放大器、射频混频器或者可编程增益放大器的增益值，直到输入信号强度未出现饱和，且接收信号的强度指示未达到限幅放大器所能指示的最大值，且未低于限幅放大器所能指示的最小值时，完成自动增益控制，进入接收状态。在自动增益控制过程中，无需调整数字可变增益内环，大大降低自动增益控制的复杂度，提升了自动增益控制的速度，从而使得接收机在很短时间内就可以调整好增益进入接收状态，非常有利于低功耗突发性信息的收发。

Description

恒包络接收机的自动增益控制装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信和电子技术领域，特别涉及恒包络接收机的自动增益控制装置。

背景技术

恒包络信号（例如，FSK，MSK，GFSK等）是无线通信***中常用的一种调制信号。由于信号的恒包络特性，使得对于发射机里的功放等设备的线性度要求大大降低，这有利于于低功耗发射***的实现。此种调制方式在IEEE802.15.4，ZIGBEE，BLUETOOTH，BLE，ANT，DECT等国际标准中广泛应用。针对恒包络调制方式，接收机也可以做相应的调整。

在此类接收机中，天线接收信号的动态范围一般都比较大，有时会有90dB甚至更高，因此接收机的一个主要的功能就是自动增益控制（AutomaticGain Control，简称“AGC”）。通过AGC，接收机的***增益随时调整，使得接收机既可以处理很高的输入信号又可以处理很低的输入信号。

图1显示了现有方案常用的AGC处理模块。这个AGC***中有两个环路，数字可变增益（DVGA）内环和模拟增益控制环路，另外还要有专门的数字功率估计电路。现有方案实现AGC，涉及的模块多，调整的级数多，环路控制算法复杂度高，收敛时间长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种恒包络接收机的自动增益控制装置，使得接收机无需调整数字可变增益内环，大大降低自动增益控制的复杂度，提升了自动增益控制的速度。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种恒包络接收机的自动增益控制装置，包含：低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA、限幅放大器、自动增益控制器AGC和射频峰值检测器；

所述射频峰值检测器，检测所述LNA的输入信号强度，并输出给所述AGC；

所述限幅放大器，计算接收信号的强度指示RSSI，并输出给所述AGC；

所述AGC，根据来自所述射频峰值检测器的输入信号强度和来自所述限幅放大器的RSSI，调整所述恒包络接收机的增益值，直到所述输入信号强度未出现饱和，且所述RSSI未达到所述限幅放大器所能指示的最大值，且所述RSSI未低于所述限幅放大器所能指示的最小值；其中，所述恒包络接收机的的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和；所述限幅放大器的增益值为固定值；

其中，所述AGC在所述输入信号强度出现饱和，或者所述RSSI达到所述限幅放大器所能指示的最大值时，将所述恒包络接收机的增益值降低预设的减小值；在所述输入信号强度未出现饱和，且所述RSSI低于所述限幅放大器所能指示的最小值时，将所述恒包络接收机的增益值增加预设的增加值。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，采用固定增益值的限幅放大器，根据低噪声放大器的输入信号强度和来自限幅放大器的接收信号的强度指示RSSI，调整低噪声放大器、射频混频器或者可编程增益放大器的增益值，直到输入信号强度未出现饱和，且接收信号的强度指示未达到限幅放大器所能指示的最大值，且接收信号的强度指示未低于限幅放大器所能指示的最小值时，完成自动增益控制，进入接收状态。在自动增益控制过程中，无需调整数字可变增益内环，大大降低自动增益控制的复杂度，提升了自动增益控制的速度。

另外，所述射频峰值检测器包含第一射频峰值检测器和第二射频峰值检测器；

所述第一射频峰值检测器，检测所述LNA的输入信号强度；

所述第二射频峰值检测器，检测所述MIXER的输入信号强度；

所述AGC在所述LNA的输入信号强度出现饱和或者所述MIXER的输入信号强度出现饱和时，判定所述输入信号强度出现饱和；在所述LNA的输入信号强度未出现饱和且所述MIXER的输入信号强度未出现饱和时，判定所述输入信号强度未出现饱和。

通过采用两个射频峰值检测器同时检测低噪声放大器和射频混频器的输入信号强度，可以保证即使低噪声放大器和射频混频器达到饱和时所对应的射频输入信号不同，两者也都不会饱和。

另外，在进行自动增益控制之前，所述AGC还设置所述预设的增加值和所述预设的减小值；其中，所述预设的增加值和所述预设的减小值与所述限幅放大器的增益值配合，产生一个滞缓区域，可以保证自动增益控制***不会进入无益的震荡状态；此外，所述预设的增加值和所述预设的减小值小于或者等于所述限幅放大器的增益值；并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值，以确保能产生滞缓区域。

另外，在进行自动增益控制之前，所述LNA、所述MIXER和所述PGA设置各自的增益值为最大增益值。

通过使接收机的起始状态处于最大增益状态，可以使得在接收信号小的情况下，接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调，进一步提升了自动增益控制的速度。

附图说明

图1是现有技术的自动增益控制***示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的恒包络接收机的自动增益控制装置的结构示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式的恒包络接收机的自动增益控制装置的结构示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式的恒包络接收机的自动增益控制装置的状态转移图；

图5是根据本实用新型第二实施方式的恒包络接收机的自动增益控制装置的调整结果示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型第一实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制装置，如图2所示，图中所示为整个接收机的架构，包含：低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA、限幅放大器、自动增益控制器AGC和射频峰值检测器。

其中，射频峰值检测器，检测LNA的输入信号强度，并输出给AGC，当输入信号太大时，引发AGC***快速降低增益，以避免RF前端出现饱和。

限幅放大器将滤波后的信号放大到一定的强度，该限幅放大器的增益值是固定值。此时信号主要包含有用信息，因为是恒包络调制，经过限幅放大就可以去除不相关的幅度信息，而不影响相位信息。限幅放大器的输出可以用于基带信息的解调，同时限幅放大器也计算接收信号的强度指示RSSI，并输出给AGC。例如，限幅放大器可以分为五级六个输出检测点，当某点对应的输出超出某个门限值时，输出为1，否则为零。因此，当输入信号达到限幅放大器所能指示的最大值时，输出为111111，当输入信号低于限幅放大器所能指示的最小值时，输出为000000。中间状态可以为011111，001111，000111，000011，000001等。此外，本领域技术人员可以理解，此处给出的接收信号的强度指示为离散信号，也可以用连续信号输出来指示信号的强度。

自动增益控制器AGC，根据来自射频峰值检测器的输入信号强度和来自限幅放大器的RSSI，调整恒包络接收机的增益值，直到输入信号强度未出现饱和，且RSSI未达到限幅放大器所能指示的最大值，且RSSI未低于限幅放大器所能指示的最小值；其中，AGC在输入信号强度出现饱和，或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时，将恒包络接收机的增益值降低预设的减小值；在输入信号强度未出现饱和，且RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值时，将恒包络接收机的增益值增加预设的增加值。

恒包络接收机的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和；限幅放大器的增益值为固定值，LNA、MIXER和PGA的增益值是可调的，因此，可以通过调整LNA、MIXER或PGA的增益值达到调整恒包络接收机的增益值的目的，具体地说，如果增加LNA、MIXER或PGA的增益值，则恒包络接收机的增益值增加；如果减小LNA、MIXER或PGA的增益值，则恒包络接收机的增益值减小。

此外，值得一提的是，AGC还设置预设的增加值和预设的减小值，通过合理的增加值和减小值，配合限幅放大器的固定增益值，可以产生一个滞缓区域，保证AGC***不会进入无益的震荡状态。此外，预设的增加值和预设的减小值小于或者等于限幅放大器的增益值；并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值，以确保能产生滞缓区域。

与现有技术相比，本实施方式采用固定增益值的限幅放大器，根据低噪声放大器的输入信号强度和来自限幅放大器的接收信号的强度指示RSSI，调整低噪声放大器、射频混频器或者可编程增益放大器的增益值，直到输入信号强度未出现饱和，且接收信号的强度指示未达到限幅放大器所能指示的最大值，且接收信号的强度指示未低于限幅放大器所能指示的最小值时，完成自动增益控制，进入接收状态。在自动增益控制过程中，无需调整数字可变增益内环，大大降低自动增益控制的复杂度，提升了自动增益控制的速度。

本实用新型第二实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制装置。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，根据低噪声放大器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示，调整恒包络接收机的增益值。而在本实用新型第二实施方式中，根据低噪声放大器的输入信号强度、射频混频器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示，调整恒包络接收机的增益值。

具体地说，如图3所示，可以利用两个射频峰值检测器：第一射频峰值检测器和第二射频峰值检测器，分别检测低噪声放大器LNA的输入信号强度和射频混频器MIXER的输入信号强度；相应地，AGC在判断输入信号强度是否出现饱和时，做相应的调整，即在LNA的输入信号强度出现饱和或者MIXER的输入信号强度出现饱和时，判定输入信号强度出现饱和；在LNA的输入信号强度未出现饱和，且MIXER的输入信号强度未出现饱和时，判定输入信号强度未出现饱和。

通过采用两个射频峰值检测器同时检测低噪声放大器和射频混频器的输入信号强度，可以保证即使低噪声放大器和射频混频器达到饱和时所对应的射频输入信号不同，两者也都不会饱和。需要说明的是，这里描述的只是一种实现方式。对于本行业技术人员来说，可以将以上实现引申到只用其中一个峰值检测器。例如，如果低噪声放大器和射频混频器的非线性性能受限于射频混频器，则可以只检测混频器的输入信号强度，并进行相应的处理；反之亦然。

此外，在不改变第一实施方式或者第二实施方式的结构的情况下，在进行自动增益控制之前，LNA、MIXER和PGA可以设置各自的增益值为最大增益值，即恒包络接收机起始状态总是处于最大增益。通过使接收机的起始状态处于最大增益状态，可以使得在接收信号小的情况下，接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调，进一步提升了自动增益控制的速度。

由于LNA、MIXER和PGA的增益值都是可调的，因此，根据接收信号的强度指示，调整恒包络接收机的增益值时，可以调整LNA、MIXER和PGA中的一个或者几个的增益值。比如说，在进行恒包络接收机的增益值调整过程中，AGC在第一次判定输入信号强度出现饱和，或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时，将LNA的增益值降低预设的减小值；在第二次判定输入信号强度出现饱和，或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时，将LNA和PGA的增益值降低预设的减小值；在第一次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值时，将LNA的增益值增加预设的增加值；在第二次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值，则将LNA和PGA的增益值增加预设的增加值。

请参阅图4所示是一种采用本实施方式的接收机状态转移图。由于整个接收端的增益包括LNA、MIXER、以及PGA的可变增益，也包括限幅放大器的固定增益，因此，恒包络接收机处于最大增益状态是恒包络接收机中LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值的状态；第二增益状态是LNA的增益值比最大值降低预设的减小值（比如图4中的30dB），MIXER和PGA的增益值为最大增益值的状态；第三增益状态是LNA和PGA的增益值比最大值降低预设的减小值，MIXER的增益值为最大增益值的状态。

恒包络接收机起始状态总是处于最大增益，比如说，在恒包络接收机开机时，将LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值。如果此时检测到RF前端有饱（即输入信号强度出现饱和）或者限幅放大器的输入过大（即RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值），增益值有一个大的降低，比如，图中给出例子为30dB，但实际***中可以调整。在第二增益状态下，如果还是检测到RF前端饱和或限幅放大器输入过大，增益值进一步降低，到达第三增益状态（即最低增益状态）。反之，如果接收机不是在最大增益状态，RF前端没有饱和而限幅放大器输入过低（即RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值），AGC调整会增加***增益。如图4所示，从最大到最小增益或反之，都可以在两步内调整到位。

此外，如果每次调整的步子过大，有可能会使***的信噪比降低到不能接收的范围，如果接收机的参数出现这种限制，也可以用相同的原理，多加入一级增益调整，实现自动增益控制。

图5给出了一个遵循图4逻辑设计的两级AGC调整的方案结果，可以看出***的增益控制非常简单。另外，图中给出了两条曲线，501是输入信号增加时的调整曲线，此处假设，限幅放大器的增益范围是40dB，当输入信号由-100分贝毫伏（dBm）增加到-60dBm时，限幅放大器的RSSI指示最大值，接收机的增益值减小30dB；当输入信号增加到-30dBm时，限幅放大器的RSSI指示再次指示最大值，接收机的增益值再次减小30dB。图中502是输入信号减小时的调整曲线，当输入信号分别降低到-40dBm和-70dBm时，限幅放大器的RSSI指示达到最小值，接收机的增益值都相应增加30dB。可以看出，通过合理设置预设的增加值和预设的减小值，配合限幅放大器的固定增益值，就可以产生一个滞缓区域，图5例子中显示为10dB，这可以保证AGC***不会进入无益的震荡状态。

在本实施方式中，通过使接收机的起始状态处于最大增益状态，可以使得在接收信号小的情况下，接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调。按照本实用新型的原理，即使起始状态不在最大增益状态，***也会进行正确的增益调整；但是，通常来说，最大增益状态是最容易出现的状态，尤其是接收机处于一直监听状态时，起始状态设置于最大增益状态，可以减少不必要的调整。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种恒包络接收机的自动增益控制装置，其特征在于，包含：低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA、限幅放大器、自动增益控制器AGC和射频峰值检测器；

所述AGC，根据来自所述射频峰值检测器的输入信号强度和来自所述限幅放大器的RSSI，调整所述恒包络接收机的增益值，直到所述输入信号强度未出现饱和，且所述RSSI未达到所述限幅放大器所能指示的最大值，且所述RSSI未低于所述限幅放大器所能指示的最小值；其中，所述恒包络接收机的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和；所述限幅放大器的增益值为固定值；

2.根据权利要求1所述的恒包络接收机的自动增益控制装置，其特征在于，所述射频峰值检测器包含第一射频峰值检测器和第二射频峰值检测器；

所述第一射频峰值检测器，检测所述LNA的输入信号强度；

所述第二射频峰值检测器，检测所述MIXER的输入信号强度；

3.根据权利要求1所述的恒包络接收机的自动增益控制装置，其特征在于，所述接收信号的强度指示RSSI为离散信号，或者连续信号。

4.根据权利要求1所述的恒包络接收机的自动增益控制装置，其特征在于，所述AGC还设置所述预设的增加值和所述预设的减小值；

其中，所述预设的增加值和所述预设的减小值与所述限幅放大器的增益值配合，产生一个滞缓区域；

所述预设的增加值和所述预设的减小值小于或者等于所述限幅放大器的增益值；并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的恒包络接收机的自动增益控制装置，其特征在于，在进行自动增益控制之前，所述LNA、所述MIXER和所述PGA设置各自的增益值为最大增益值。