郭文浩，郭斌林

(杭州電子科技大學(xué)射頻電路與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 310018)

無線通信接收機(jī)的主要任務(wù)是從眾多的電波中選出有用信號(hào)，并將有用信號(hào)下變頻到基帶信號(hào)。但由于各種原因(如發(fā)射臺(tái)功率的大小，接收機(jī)離發(fā)射臺(tái)距離的遠(yuǎn)近， 信號(hào)在傳播過程中傳播條件的變化，接收機(jī)環(huán)境的變化，以及人為產(chǎn)生的噪聲對(duì)接收機(jī)的影響等)，接收機(jī)的輸入信號(hào)變化范圍往往很大，這個(gè)變化范圍稱為接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，為保證接收機(jī)能夠有效的處理動(dòng)態(tài)信號(hào)，通常接收機(jī)中頻電路中都設(shè)計(jì)有自動(dòng)增益控制(AGC)電路，它使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化.自動(dòng)控制增益電路在光纖通信，微波通信，衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達(dá)、廣播電視系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

1 AGC的設(shè)計(jì)原理與AD8367簡(jiǎn)介

AGC是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)，能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益，使其在不同的輸入信號(hào)強(qiáng)度下都能產(chǎn)生幾乎恒定的輸出電平，從而大大增加了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，改進(jìn)了系統(tǒng)的性能。

傳統(tǒng)的AGC環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 AGC的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

AGC實(shí)際上是一個(gè)直流電壓負(fù)反饋系統(tǒng)，它有四個(gè)模塊構(gòu)成：可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、峰值檢測(cè)器、低通濾波器以及差分放大器或比較器?？勺?cè)鲆娣糯笃骶哂幸粋€(gè)增益控制輸入端，增益大小受到增益控制端輸入信號(hào)的控制；峰值檢測(cè)器對(duì)VGA輸出信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行檢波，檢波后的結(jié)果送到低通濾波器進(jìn)行濾波，取出VGA輸出信號(hào)幅度的平均值送到差分放大器中，并與一個(gè)參考電平進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整VGA的增益，使輸出信號(hào)幅度保持在一個(gè)恒定的電平值上[2]。

本文所設(shè)計(jì)的AGC采用AD公司的AD8367芯片。它由單電源5 V供電，輸入電阻為200 Ω，具有45 dB的增益控制范圍，工作范圍從0 到500 MHz，它有兩種線性增益控制模式：增益上升模式和增益下降模式，如圖2所示。

圖2 增益上升和下降模式

由于采用的是最新研制的X-AMP結(jié)構(gòu)，增益響應(yīng)的范圍、平滑性和準(zhǔn)確度都非常理想，所以它適合作為中頻自動(dòng)控制增益放大器， 圖 3 是它的結(jié)構(gòu)圖[3]。

圖3 AD 8367的結(jié)構(gòu)圖

AD8367的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示：

表1 AD 8367的主要技術(shù)指標(biāo)

2 AGC的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方案

圖4是采用AD8367芯片和利用反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)增益控制電路。它有兩種工作模式：上升增益模式和下降增益模式。

圖4 基于AD 8367的自動(dòng)控制增益電路

2.1 設(shè)計(jì)思路

參考 AD8367 的規(guī)格書， 輸入輸出阻抗為200 Ω，而要在特性阻抗為50 Ω的系統(tǒng)電路中使用AD8367，必須在輸入輸出端口進(jìn)行阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。根據(jù)50 Ω匹配規(guī)則，選用的匹配網(wǎng)絡(luò)如圖4所示，由于此匹配網(wǎng)絡(luò)采用了電阻匹配網(wǎng)絡(luò)，所以輸入輸出都有衰減，經(jīng)測(cè)試結(jié)果得知輸入輸出各衰減約11.5 dB，如果采用電容、電感進(jìn)行匹配，經(jīng)測(cè)試結(jié)果得知衰減約6 dB，輸入輸出匹配電路如圖5 所示。同時(shí)可以通過MODE管腳來設(shè)置上升增益模式和下降增益模式。

圖5 為輸入輸出匹配電路

2.2 實(shí)現(xiàn)的方案

AD8367的增益控制電壓范圍是0 ～1 V，如果想設(shè)計(jì)成電壓控制增益(VGA)，則可以外加0 ～1 V的電壓控制電路[3]，本實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)AGC，可以利用AD8367的DETO管腳來作為增益控制電壓， DETO管腳是接收強(qiáng)度指示標(biāo)志，它的輸出范圍在0 ～1 V之間，可以作為AGC的增益控制電壓。在實(shí)際應(yīng)用電路中可設(shè)置開關(guān)來控制模式的選擇。如圖4 所示，如果SW 1向下，則為AGC，如果SW 1向上，則必須有外加的增益電壓控制電路來設(shè)計(jì)成VGA。

3 AGC的實(shí)物圖與測(cè)試結(jié)果

通過以上分析，我們借助多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)并制作了一款基于AD8367的自動(dòng)控制增益模塊， 并得到了良好的使用效果。采用 Agilent ESG-D系列的E 4430信號(hào)發(fā)生器和HP 8594 E頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表2所示。 AGC實(shí)物如圖6所示。

表2 測(cè)試結(jié)果 單位：dBm

圖6 AGC的實(shí)物圖

4 總結(jié)

本論文設(shè)計(jì)了基于AD8367 的AGC自動(dòng)增益控制模塊。 AD8367具有有低成本、低功耗、性能優(yōu)越的特點(diǎn)。高集成度使安裝在芯片以外的接收機(jī)部件極少，節(jié)約了相當(dāng)大的印制板空間，降低了組件成本。本論文設(shè)計(jì)的AGC工作在5V直流電壓下，動(dòng)態(tài)增益控制范圍大于35，同時(shí)具有較好的線性度，通過SW1 和SW2 的設(shè)置，可以使AD8367工作在VGA和AGC兩種不同的工作模式。它常應(yīng)用在中頻放大需要壓控增益的接收機(jī)中，具有良好的使用效果。

[ 1] Pankaj Goyal.Automatic Gain Control in Burst Communication Systems[ J] .RF Design， February 2008：34-56.

[ 2] 池保勇，余志平.COMS射頻集成電路分析與設(shè)計(jì)[ M].北京：清華大小出版社， 2007：559-567.

[ 3] AD公司.AD 8367的規(guī)格書[S].

[ 4] 白鳳山，黃威.可編程增益放大器在小信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[ J].電測(cè)與儀表， 2003， 40(2)：52-54.

[ 5] 張麗敏，陳孝楨.可編程放大器的研究[ J] .實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2006， 23(6)：48-50.