一種基于可編程增益放大器的自動控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于可編程增益放大器用于接收機(jī)系統(tǒng)的自動增益控制方法，屬于深亞微米RF CMOS集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)航接收機(jī)由射頻前端和數(shù)字基帶兩部分組成。射頻前端將天線接收到的信號進(jìn)行放大，混頻，濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成射頻信號到基帶信號的轉(zhuǎn)換。其中自動增益控制(Automatic Gain Control)模塊位于射頻前端的最末級，它需要通過準(zhǔn)確調(diào)節(jié)放大器增益以維持在不同強(qiáng)弱輸入信號情況下輸出幅度的恒定，同時需要提供盡量大的增益變化范圍以保證接收機(jī)有足夠大的動態(tài)范圍來處理不同強(qiáng)度的信號。
[0003]目前主要的AGC模塊結(jié)構(gòu)主要有以下幾種:
[0004]第一是采用純粹的模擬電路完成的前饋型AGC，其功能主要由功率檢測電路(即接收信號強(qiáng)度指示電路，Received Signal Strength Indicator)和可變增益放大器(Variable Gain Amplifier)完成。中頻信號同時輸入給RSSI和VGA兩者，其中RSSI通過檢測中頻信號的功率大小給出VGA的增益控制信號，來調(diào)節(jié)回路的增益大小以維持恒定的輸出功率。VGA的輸出信號即為整個AGC模塊的輸出，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to DigitalConverter)后提供給數(shù)字基帶。前饋型AGC由于采用了開環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有建立時間迅速的優(yōu)點，但是不可避免的具有開環(huán)電路穩(wěn)定性差的缺點。
[0005]第二是反饋型模擬閉環(huán)AGC，主要功能電路除RSSI和VGA外還有環(huán)路濾波器。與前饋型的主要區(qū)別在于RSSI檢測的不再是VGA的輸入信號而是其輸出信號強(qiáng)度，并與一參考電平比較，兩者的誤差電壓通過環(huán)路濾波器后產(chǎn)生一控制電平用以控制可變增益放大器的增益。反饋型AGC具有魯棒性強(qiáng)，精度高，以及低頻噪聲更低的優(yōu)點。然而，由于環(huán)路帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信號帶寬，所以其建立時間比較長。
[0006]第三則是利用數(shù)字信號來控制變增益放大器的增益，除了起放大作用的可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier)外，其他模塊都在數(shù)字領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。PGA的輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號，在數(shù)字域(基帶)對信號強(qiáng)弱進(jìn)行判斷，并給出數(shù)字增益控制字來控制PGA的增益。采用數(shù)?；旌闲问降腁GC，可以做到精確控制電路的增益，而且減小了模擬電路設(shè)計的難度。但由于在數(shù)字域判斷信號強(qiáng)弱的過程一般要經(jīng)歷多個時鐘才能完成，使得數(shù)模混合閉環(huán)AGC的建立時間較長。
[0007]AGC回路最主要的兩點要求一是恒定的輸出信號功率，一是盡量大的動態(tài)范圍；另外由于導(dǎo)航接收機(jī)對解算時間的嚴(yán)格要求，使得建立穩(wěn)定輸出的時間長短也成為其中AGC的一個重要指標(biāo)。前面提到的幾種常規(guī)AGC設(shè)計方法不同程度的在這三個主要要求上存在缺陷。如何設(shè)計一個能應(yīng)用于導(dǎo)航接收機(jī)的AGC回路，在保證大動態(tài)范圍和恒定輸出信號功率的情況下同時能夠有盡量短的建立時間就成為研宄的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于可編程增益放大器用于接收機(jī)系統(tǒng)的自動增益控制方法，可應(yīng)用于導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)字電視。主要包括可編程增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、SPI (Serial Peripheral Interface)接口和基帶處理器。可編程增益放大器采用多級級聯(lián)模式，同時保證了輸出功率穩(wěn)定和大動態(tài)范圍。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用8位形式，結(jié)合基帶的積分算法，能夠迅速判斷信號強(qiáng)弱，以達(dá)到盡量短的建立穩(wěn)定輸出時間。SPI接口負(fù)責(zé)將基帶輸出的控制信號迅速準(zhǔn)確地傳遞給可編程增益放大器，控制其增益變化。
[0009]一種基于可編程增益放大器的自動控制裝置，包括可編程增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SPI接口 ；
[0010]可編程增益放大器接收中頻信號并進(jìn)行放大，輸出模擬中頻信號給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對該放大后的模擬信號進(jìn)行采樣，輸出八位數(shù)字信號給SPI接口，SPI接口將接收自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號傳輸給數(shù)字基帶，同時接收數(shù)字基帶反饋的七位PGA控制字信號并將其傳輸給可編程增益放大器。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0012](I)傳統(tǒng)的自動增益控制大多是采用純模擬電路完成，本發(fā)明采用了數(shù)模混合技術(shù)，在模擬電路中只保留了 PGA，大大降低了模擬電路的設(shè)計難度；
[0013](2)傳統(tǒng)的自動增益控制環(huán)路受限于其可變增益放大器的性能，動態(tài)范圍都不能達(dá)到很高，而本發(fā)明采用了特殊設(shè)計的多級放大器級聯(lián)形式的PGA電路，使得整個AGC環(huán)路的動態(tài)范圍顯著提高；
[0014](3)本發(fā)明采用了反饋形式的AGC環(huán)路，同時PGA電路的增益精確地受控于數(shù)字控制字，保證了 AGC電路輸出信號的功率穩(wěn)定性；
[0015](4)本發(fā)明采用了 8位ADC采樣的方法，使得數(shù)字基帶的積分計算效率顯著提高，同時采用多位控制字精準(zhǔn)控制PGA增益，可以保證一次反饋即可使PGA輸出達(dá)到恒定值，大大縮短了整個AGC建立穩(wěn)定輸出所用的時間；
[0016](5)傳統(tǒng)的自動增益控制電路在輸出信號穩(wěn)定性和建立穩(wěn)定輸出的迅速性上很難兼得，而本發(fā)明可以同時滿足這兩點要求，完成在盡量短的時間內(nèi)建立穩(wěn)定的輸出信號；
[0017](6)本發(fā)明便于集成，適合便攜式可移動終端。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一種基于可編程增益放大器用于接收機(jī)系統(tǒng)的自動增益控制方法的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明所用可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3為本發(fā)明所用可編程增益放大器中固定增益級的電路結(jié)構(gòu)；
[0021]圖4為本發(fā)明所用可編程增益放大器中可變增益級的電路結(jié)構(gòu)；
[0022]圖5為本發(fā)明所用數(shù)字基帶的具體結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明的一種基于可編程增益放大器的自動控制裝置，如圖1所示，包括可編程增益放大器1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2和SPI接口 3。
[0025]可編程增益放大器I接收中頻信號并進(jìn)行放大，輸出模擬中頻信號給模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2對該放大后的模擬信號進(jìn)行采樣，輸出八位數(shù)字信號給SPI接口 3，SPI接口 3將接收自模數(shù)轉(zhuǎn)換器2的數(shù)字信號傳輸給數(shù)字基帶，同時接收數(shù)字基帶反饋的七位PGA控制字信號并將其傳輸給可編程增益放大器I。
[0026]如圖2所示，可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，簡稱PGA) I包括四個固定增益放大器(Amplifierl?4)、一個可變增益放大器(Amplifier5)和輸出緩沖級(buffer)ο
[0027]Amplifierl?4是吉爾伯特結(jié)構(gòu)的固定增益放大器，其對應(yīng)的增益分別為24dB、12dB、6dB和-12dB，是整個PGA的主要增益單元。
[0028]整個PGA由七位數(shù)字控制字來控制增益大小，前四位控制字控制放大器Amplifierl?4的工作與否，后三位控制字經(jīng)過譯碼器后控制放大器Amplifier5的增益值。整個PGA的最高增益為24dB+12dB+6dB+5dB = 47dB，最低增益為_12dB，動態(tài)范圍達(dá)到59dBo
[0029]其中，Amplifierl和Amplifier2兩個正增益放大器為輸入輸出級聯(lián)結(jié)構(gòu)，并通過控制字對開關(guān)電路的控制，可以全部不工作、任意一個單獨工作或兩個個同時工作，提供不同的正增益。Amplified與上述兩個放大器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，提供負(fù)增益，經(jīng)由控制字對開關(guān)電路的控制，輸入信號只會從Amplifierl?2或是Amplifier4中的一路通過。并聯(lián)結(jié)構(gòu)之后再按次序級聯(lián)Amplifier3、Amplifier5和buffer電路。其中Amplifier3固定提供6db正增益，通過控制字對開關(guān)電路的控制，有工作與不工作兩種狀態(tài)，分別提供6db和Odb增益。Amplifier5是以可編程負(fù)載為基礎(chǔ)的可變增益放大器，可由控制字直接控制增益大小，在0-5dB之間以IdB步長變化，以完成增益微調(diào)功能。Buffer是輸出緩沖級，用以提高整個PGA電路的帶載能力并穩(wěn)定輸出信號功率，同時完成差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號的功能。