專利名稱：一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動增益控制電路，特別是一種應(yīng)用于激光探測器高速大 動態(tài)范圍信號處理與檢測裝置的數(shù)字化自動增益控制電路。
背景技術(shù)：
自動增益控制電路，簡稱為AGC電路，數(shù)字化AGC電路是目前廣泛應(yīng)用 的一種AGC電路，其主要功能為，當(dāng)輸入信號電壓幅度超過或低于某一門限 值時，通過控制回路將輸出電壓調(diào)整在某一特定的范圍內(nèi)。具體來說，當(dāng)輸入 信號很弱時，自動增益控制電路對增益進行提高，使放大器增益增大；當(dāng)輸入 信號很強時，自動增益控制電路對增益進行抑制，使放大器增益減小，最終將 輸入信號幅度調(diào)整在某一設(shè)定的閾值范圍內(nèi)。
激光探測器信號處理與檢測裝置接收的信號一般為15ns以上、動態(tài)范圍 60dB以上的電壓脈沖信號，輸入的光電信號由可變增益放大器放大，并通過 A/D轉(zhuǎn)換器進行釆樣轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字量再進行平均作為峰值，最后送入單片 機進行數(shù)據(jù)處理。
目前，國內(nèi)外研究者對集成AGC作了大量的研究，但用于激光^:測器信
號處理領(lǐng)域的AGC必須帶有峰值數(shù)字化功能，而且對速度和精度要求高，以 便接收和處理高速大動態(tài)范圍的光電脈沖峰值信號，而帶峰值數(shù)字化的集成 AGC在目前的研究結(jié)果中鮮有報導(dǎo)。目前激光探測器處理裝置中所廣泛采用的 AGC未包含信號峰值數(shù)字化功能，而且無法對脈沖寬度小、幅度動態(tài)范圍大的 信號進行有效處理，閾值檢測靈敏度低，影響了控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可對脈沖寬 度小、幅度動態(tài)范圍大的信號進行有效處理的高精度數(shù)字化自動增益控制電路。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路， 包括可變增益放大器、高速峰值保持器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、以及數(shù)字 信號范圍判斷與增益控制器；外部輸入的脈沖電壓信號經(jīng)可變增益放大器進行 增益控制后送至高速峰值保持器，高速峰值保持器對傳來的信號進行峰值展寬 保持后送至低通濾波器進行模擬濾波，低通濾波器的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后 送至數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器，數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器將傳來 的數(shù)字信號與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制可變增益放大器 的放大倍數(shù)。
所述的可變增益放大器由耦合級聯(lián)的3 4級比例放大器構(gòu)成，所述的比例 放大器包括運算放大器以及由電阻網(wǎng)絡(luò)和控制開關(guān)構(gòu)成的反饋結(jié)構(gòu)。
所述的高速峰值保持器為差分比較電路，包括運算放大器A1和A2、 二極 管D0和電容C1;運算放大器A1的同向輸入端接輸入信號，輸出端接二極管 DO的正向輸入端，二極管D0的輸出接運算放大器A2的同向輸入端；運算放 大器A2的同向輸入端經(jīng)電容C1接參考電位，輸出端、反向輸入端均與運算放 大器A1的反向輸入端相連。
所述的數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器中的初始增益由外部控制端進行設(shè) 置，增益范圍為0.125倍至512倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
1、 本發(fā)明AGC針對激光探測器信號處理與檢測裝置的應(yīng)用，提出了包括 可變增益放大器、高速峰值保持器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、以及數(shù)字信號 范圍判斷與增益控制器的總體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)增加了峰值數(shù)字化功能，采用數(shù)字 化閾值判斷，替代了高速高精度模擬比較器的功能，降低了設(shè)計的難度并且提 高了比較精度；
2、 本發(fā)明可變增益放大器采用耦合級耳關(guān)的3~4級比例;改大器構(gòu)成，該方 法相比單級運算放大器具有運算放大器設(shè)計相對簡單、高增益、高速度、低失 真的特點；3、峰值保持器對于脈沖寬度小于15ns的信號，本發(fā)明電路采用高速差分 比較原理來實現(xiàn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用肖特基二極管和一個電容來實現(xiàn)峰值 保持的電路結(jié)構(gòu)，克服了信號必須大于肖特基結(jié)壓降才能被保持、以及線性度 差的缺點，提高了峰值保持器的精度和速度。


圖1為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路中的可變增益放大器的原理框圖； 圖3為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路中的峰值保持器的原理框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)原理框圖，由可變 增益放大器1、高速峰值保持器2、低通濾波器3、 AD轉(zhuǎn)換器4、數(shù)字信號范 圍判斷與增益控制器5構(gòu)成的數(shù)?；旌戏答伝芈穼崿F(xiàn)，參考電壓源和電流源6 為其他器件提供工作所需的電壓源或電流源。另外，為易于CPU、 DSP等處 理器接口和操作，將自動增益后的模擬信號以及AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號、增益 狀態(tài)均作為輸出信號，通過增益狀態(tài)以及AD轉(zhuǎn)換串行總線接口電路7輸出。
首先根據(jù)輸入信號特征以及應(yīng)用要求對AGC進行初始增益以及閾值的上 下限的初始化設(shè)置。激光信號經(jīng)過光電傳感器輸出的脈沖電壓信號送入到該 AGC電路，該電壓信號經(jīng)過可變增益放大器1按照初始設(shè)定增益進行相應(yīng)的自 適應(yīng)增益控制后， 一方面通過外部控制輸出， 一方面送入到高速峰值保持器2， 對該信號進行展寬保持，起到了降低峰值信號頻率的作用。對展寬后的信號通 過低通濾波器3進行模擬低通濾波，再將濾波后的信號通過高精度AD轉(zhuǎn)換器 4進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)換結(jié)果送至數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器5, 由數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器5將傳來的數(shù)字信號與預(yù)設(shè)置的數(shù)字閾值進 行比較，比較結(jié)果作為判斷標(biāo)準(zhǔn)控制增益計數(shù)器的加減改變增益，反饋到可變 增益放大器1的增益控制端。
如圖2所示，為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路中的可變增益放大器的原理框圖。可變增益放大器1由三級放大器級聯(lián)耦合組成，放大倍數(shù)范圍為0.125 倍到512倍，變化單位為2倍，每級運算放大器的變化范圍0.5倍至8倍共五 個檔。每級放大器均有由電阻與控制開關(guān)構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)，而且每級放大器均 應(yīng)具有高速、高增益、低失調(diào)的特點，主要技術(shù)指標(biāo)開環(huán)增益大于98dB;單 位增益帶寬大于200M Hz;輸出擺率大于300V/us,輸入失調(diào)電壓小于1mV。 級間采用0.1uF的電容連接，用于消除各級放大器的失調(diào)以及對高頻噪聲進行 抑制，Vcom為共模輸入電壓，用來調(diào)整各級運算放大器的工作點。
如圖3所示，為本發(fā)明數(shù)字化自動增益控制電路中的高速峰值保持器3的 組成原理圖。圖3中，采用高速低失調(diào)差分運算放大器A1、 A2和二極管DO 組成負反饋電路來獲得理想二極管，克服了死區(qū)電壓，提高了電路的靈敏度。 運算放大器A1作為同相放大器工作，Va與Vin同相，且| Va | > | Vin | 。當(dāng) VinX)時，Va為正值使得DO導(dǎo)通。根據(jù)深度負反饋條件下運放輸入端虛短的 原理，得到Vc-Vin,保證了峰值信號與輸入信號之間的線性關(guān)系，同時也提高 了電路處理小信號的靈敏度。當(dāng)輸入信號下降時，Va下降，使得Va〈Vc, DO 截至，A1負反饋回路斷開，A1處于開環(huán)狀態(tài)，實現(xiàn)了高速峰值信號的保持， 保證了系統(tǒng)的數(shù)字化精度。
數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器5，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器4的輸出超出預(yù)設(shè)范圍， 則對其增益進行調(diào)整，每次調(diào)整增益變化為2倍。調(diào)整方式采用計數(shù)器的加減 形式來實現(xiàn)，例如初始增益設(shè)定為1000 (二進制數(shù))后，當(dāng)輸入信號經(jīng)過初始 放大以及峰值保持、'轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)若小于預(yù)先設(shè)置的闊值下限，則對初始增益 加1為1001,若大于音響設(shè)定的閾值上限則對初始增益減1為0111,再進行 判斷，直到該轉(zhuǎn)換結(jié)果在閾值上下限內(nèi)并將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果以及增益狀態(tài)送入到 總線接口電路進行數(shù)據(jù)裝訂，該部分可通過Verilog語言進行邏輯綜合實現(xiàn)。 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路，其特征在于包括可變增益放大器(1)、高速峰值保持器(2)、低通濾波器(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(4)、以及數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器(5)；外部輸入的脈沖電壓信號經(jīng)可變增益放大器(1)進行增益控制后送至高速峰值保持器(2)，高速峰值保持器(2)對傳來的信號進行峰值展寬保持后送至低通濾波器(3)進行模擬濾波，低通濾波器(3)的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(4)后送至數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器(5)，數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器(5)將傳來的數(shù)字信號與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制可變增益放大器(1)的放大倍數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路， 其特征在于所述的可變增益放大器(1 )由耦合級聯(lián)的3~4級比例放大器構(gòu) 成，所述的比例放大器包括運算放大器以及由電阻網(wǎng)絡(luò)和控制開關(guān)構(gòu)成的反饋 結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路， 其特征在于所述的高速峰值保持器(2)為差分比較電路，包括運算放大器 A1和A2、 二極管D0和電容C1;運算放大器A1的同向輸入端接輸入信號， 輸出端接二極管DO的正向輸入端，二極管DO的輸出接運算放大器A2的同向 輸入端；運算放大器A2的同向輸入端經(jīng)電容C1接參考電位，輸出端、反向輸 入端均與運算放大器A1的反向輸入端相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路， 其特征在于所述的數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器(5)中的初始增益由外部 控制端進行設(shè)置，增益范圍為0.125倍至512倍。
全文摘要
一種高速大動態(tài)范圍數(shù)字化自動增益控制電路，包括可變增益放大器、高速峰值保持器、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、以及數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器；外部輸入的脈沖電壓信號經(jīng)可變增益放大器進行增益控制后送至高速峰值保持器，高速峰值保持器對傳來的信號進行峰值展寬保持后送至低通濾波器進行模擬濾波，低通濾波器的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后送至數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器，數(shù)字信號范圍判斷與增益控制器將傳來的數(shù)字信號與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制可變增益放大器的放大倍數(shù)。本發(fā)明AGC電路結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高。
文檔編號H03G3/20GK101420209SQ20081022674
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者張奇榮, 李虎明 申請人:北京時代民芯科技有限公司;中國航天時代電子公司第七七二研究所