步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，包括信號開關(guān)電路，輸入信號經(jīng)過信號開關(guān)電路傳送至可變增益放大電路，經(jīng)過可變增益放大電路的放大之后傳送至信號強(qiáng)度指示電路，信號強(qiáng)度指示電路對信號進(jìn)行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路，增益控制電路判斷整流和濾波后的信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則調(diào)整可變增益放大電路的增益；此外，系統(tǒng)還包括直流失調(diào)消除電路，可變增益放大電路包括至少一級放大器模塊，直流失調(diào)消除電路判斷放大器模塊的輸出信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則對放大器模塊的輸入信號進(jìn)行補(bǔ)償，直到放大器模塊的輸出信號在預(yù)設(shè)范圍為止。
【專利說明】
步進(jìn)式自動増益控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線接收機(jī)中使用的自動增益控制系統(tǒng)，特別是涉及一種步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展極大地促進(jìn)了社會的進(jìn)步。諸如智能手機(jī)，WiFi，藍(lán)牙等設(shè)備已經(jīng)或正在成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧o線接收機(jī)是實現(xiàn)以上無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊。由于接收距離、發(fā)射功率和傳播路徑等因素的影響，接收機(jī)接收到的信號強(qiáng)度具有很大的變化范圍。對于一個具有固定增益的接收機(jī)來說，接收處理之后的信號過大或者過小都會導(dǎo)致信號無法解調(diào)。因此，自動增益控制電路AGC廣泛應(yīng)用于各類接收機(jī)中，以實現(xiàn)相對恒定的信號輸出幅度。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的自動增益控制電路往往只檢測輸出信號的峰值，如圖1所示，將該值數(shù)字化后，通過固定的算法直接確定即將發(fā)生作用的增益，由于工藝偏差，調(diào)節(jié)的結(jié)果總是有偏差的，靈活性不好，而且采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換，板圖占用面積大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)增益的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)。
[0004]技術(shù)方案:為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，包括信號開關(guān)電路，輸入信號經(jīng)過信號開關(guān)電路傳送至可變增益放大電路，經(jīng)過可變增益放大電路的放大之后傳送至信號強(qiáng)度指示電路，信號強(qiáng)度指示電路對信號進(jìn)行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路，增益控制電路判斷整流和濾波后的信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則調(diào)整可變增益放大電路的增益;此外，系統(tǒng)還包括直流失調(diào)消除電路，可變增益放大電路包括至少一級放大器模塊，直流失調(diào)消除電路判斷放大器模塊的輸出信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則對放大器模塊的輸入信號進(jìn)行補(bǔ)償，直到放大器模塊的輸出信號在預(yù)設(shè)范圍為止。
[0006]進(jìn)一步，所述放大器模塊包括全差分運(yùn)算放大器，直流失調(diào)消除電路包括至少一個直流失調(diào)消除模塊，直流失調(diào)消除模塊與全差分運(yùn)算放大器一一對應(yīng);直流失調(diào)消除模塊包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、濾波器、電壓比較器、控制單元和電流補(bǔ)償單元，全差分運(yùn)算放大器的反相輸出端輸出電壓經(jīng)過第一開關(guān)送至濾波器，全差分運(yùn)算放大器的正相輸出端輸出電壓經(jīng)過第二開關(guān)送至濾波器，經(jīng)過濾波器濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的正相輸入端，經(jīng)過濾波器濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的反相輸入端，電壓比較器的比較結(jié)果輸出給控制單元，控制單元根據(jù)比較結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行電流補(bǔ)償，如果需要，則控制電流補(bǔ)償單元對全差分運(yùn)算放大器的正相輸入端或反相輸入端進(jìn)行電流補(bǔ)償。
[0007]進(jìn)一步，所述放大器模塊還包括第一可變電阻和第二可變電阻；其中，第一可變電阻的一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸入端，第一可變電阻的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸出端，第二可變電阻的一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二可變電阻的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸出端。
[0008]進(jìn)一步，所述電流補(bǔ)償單元包括多個電流補(bǔ)償子單元，電流補(bǔ)償子單元包括N溝道MOS管、第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)，N溝道MOS管的柵極輸入偏置電壓VB，N溝道MOS管的源極接地，N溝道MOS管的漏極分別連接第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)的一端和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)的一端，第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸入端。
[0009]進(jìn)一步，所述增益控制電路包括第一比較器、第二比較器和跟蹤控制模塊，信號強(qiáng)度指示電路輸出的信號分別傳送至第一比較器和第二比較器，第一比較器將信號強(qiáng)度指示電路輸出的信號與第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊，第二比較器將信號強(qiáng)度指示電路輸出的信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊，跟蹤控制模塊控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可變電阻的阻值，以調(diào)整放大器模塊的增益。
[0010]進(jìn)一步，所述信號強(qiáng)度指示電路包括全波整流器和低通濾波器，經(jīng)過可變增益放大電路的放大之后的信號輸入全波整流器的輸入端，經(jīng)過全波整流器的整流處理后輸出給低通濾波器，經(jīng)過低通濾波器的濾波處理后輸出給增益控制電路。
[0011 ]進(jìn)一步，所述全波整流器包括非平衡源耦合差分對。
[0012]進(jìn)一步，所述跟蹤控制模塊采用步進(jìn)式增益控制字算法，增益控制的步長為ldB。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0014]I)本發(fā)明采用了增益控制電路，能夠通過判斷整流和濾波后的信號來調(diào)整可變增益放大電路的增益，從而構(gòu)成反饋式自動增益控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)速度適中，能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)增益，滿足接收信號的強(qiáng)度變化頻率要求；
[0015]2)本發(fā)明采用了直流失調(diào)消除模塊，能夠?qū)Ψ糯笃髂K的輸入信號進(jìn)行補(bǔ)償，從而有效消除直流失調(diào)；并且直流失調(diào)消除模塊與全差分運(yùn)算放大器一一對應(yīng)，從而能夠?qū)Ω鱾€全差分運(yùn)算放大器進(jìn)行單獨(dú)的電流補(bǔ)償；
[0016]3)本發(fā)明的全波整流器采用了非平衡源耦合差分對，有效減小了板圖面積。
【附圖說明】
[0017]圖1為傳統(tǒng)的自動增益控制電路；
[0018]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的直流失調(diào)消除模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的電流補(bǔ)償單元的電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。
[0022]本發(fā)明公開了一種步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，如圖2所示，包括信號開關(guān)電路1，輸入信號經(jīng)過信號開關(guān)電路I傳送至可變增益放大電路2，經(jīng)過可變增益放大電路2的放大之后傳送至信號強(qiáng)度指示電路4，信號強(qiáng)度指示電路4對信號進(jìn)行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路5，增益控制電路5判斷整流和濾波后的信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則調(diào)整可變增益放大電路2的增益;此外，系統(tǒng)還包括直流失調(diào)消除電路3，可變增益放大電路2包括至少一級放大器模塊，直流失調(diào)消除電路3判斷放大器模塊的輸出信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則對放大器模塊的輸入信號進(jìn)行補(bǔ)償，直到放大器模塊的輸出信號在預(yù)設(shè)范圍為止。其中，跟蹤控制模塊53采用步進(jìn)式增益控制字算法，增益控制的步長為I dB。
[0023]本發(fā)明采用了信號開關(guān)電路I，信號開關(guān)電路I的輸入信號便是來自自動增益控制系統(tǒng)前一級的待處理信號。當(dāng)直流失調(diào)消除電路3進(jìn)入工作前，先關(guān)閉信號開關(guān)電路I，輸入信號的共模分量導(dǎo)通。直流失調(diào)消除電路3完成工作后，輸入信號共模分量從通道中斷開，輸入信號進(jìn)入信號開關(guān)電路I。
[0024]以其中一個放大器模塊為例，放大器模塊包括全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl、第一可變電阻Rfbl、第二可變電阻Rfb2、第一電阻Rffl和第二電阻Rff2。第一可變電阻Rfbl的一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的同相輸入端，第一可變電阻Rfbl的另一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的反相輸出端，第二可變電阻Rfb2的一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的反相輸入端，第二可變電阻Rfb2的另一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的同相輸出端，第一電阻Rffl的一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的同相輸入端，第一電阻Rffl的另一端連接其他全差分運(yùn)算放大器的反相輸出端或者信號開關(guān)電路I，第二電阻Rff2的一端連接全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的反相輸入端，第二電阻Rff2的另一端連接其他全差分運(yùn)算放大器的同相輸出端或者信號開關(guān)電路I。
[0025]直流失調(diào)消除電路3包括至少一個直流失調(diào)消除模塊，直流失調(diào)消除模塊與全差分運(yùn)算放大器一一對應(yīng)。以其中一個直流失調(diào)消除模塊為例，如圖3所示，直流失調(diào)消除模塊包括第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、濾波器Fl、電壓比較器VCl、控制單元31和電流補(bǔ)償單元32，全差分運(yùn)算放大器OP-AMPI的反相輸出端輸出電壓經(jīng)過第一開關(guān)SI送至濾波器Fl，全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的正相輸出端輸出電壓經(jīng)過第二開關(guān)S2送至濾波器Fl，經(jīng)過濾波器Fl濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器VCl的正相輸入端，經(jīng)過濾波器Fl濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器VCl的反相輸入端，電壓比較器VCl的比較結(jié)果輸出給控制單元31，控制單元31根據(jù)比較結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行電流補(bǔ)償，如果需要，則控制電流補(bǔ)償單元32對全差分運(yùn)算放大器OP-AMPl的正相輸入端或反相輸入端進(jìn)行電流補(bǔ)償，直到電壓比較器VCl的比較結(jié)果翻轉(zhuǎn)或者已到達(dá)最大補(bǔ)償電流才停止電流補(bǔ)償。由此可見，本發(fā)明能夠通過各個直流失調(diào)消除模塊中的電壓比較器的輸出結(jié)果，判斷出在哪一級全差分運(yùn)算放大器的輸入端需要進(jìn)行電流補(bǔ)償。
[0026]電流補(bǔ)償單元32包括多個電流補(bǔ)償子單元321，如圖4所示，電流補(bǔ)償子單元321包括N溝道MOS管Ml、第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)S3和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)S4，N溝道MOS管Ml的柵極輸入偏置電壓VB，N溝道MOS管Ml的源極接地，N溝道MOS管Ml的漏極分別連接第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)S3的一端和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)S4的一端，第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)S3的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)S4的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸入端。
[0027]增益控制電路5包括第一比較器51、第二比較器52和跟蹤控制模塊53，如圖2所示，信號強(qiáng)度指不電路4輸出的信號分別傳送至第一比較器51和第二比較器52，第一比較器51將信號強(qiáng)度指示電路4輸出的信號與第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊53，第二比較器52將信號強(qiáng)度指示電路4輸出的信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊53，跟蹤控制模塊53對第一比較器51的比較結(jié)果和第二比較器52的比較結(jié)果進(jìn)行判斷，如果信號強(qiáng)度指示電路4輸出的信號介于第一基準(zhǔn)電壓與第二基準(zhǔn)電壓之間，則不需要調(diào)整放大器模塊的增益，否則，跟蹤控制模塊53控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可變電阻的阻值，以調(diào)整放大器模塊的增益。
[0028]信號強(qiáng)度指示電路4包括全波整流器41和低通濾波器42，如圖2所示，經(jīng)過可變增益放大電路2的放大之后的信號輸入全波整流器41的輸入端，經(jīng)過全波整流器41的整流處理后輸出給低通濾波器42，經(jīng)過低通濾波器42的濾波處理后輸出給增益控制電路5。其中，全波整流器41包括非平衡源耦合差分對，將差分電壓幅度信號經(jīng)過平方運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)榉从硰?qiáng)度的電流信號。低通濾波器由片內(nèi)電阻和片外電容組成。
【主權(quán)項】
1.步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:包括信號開關(guān)電路(I)，輸入信號經(jīng)過信號開關(guān)電路(I)傳送至可變增益放大電路(2)，經(jīng)過可變增益放大電路(2)的放大之后傳送至信號強(qiáng)度指示電路(4)，信號強(qiáng)度指示電路(4)對信號進(jìn)行整流和濾波，并將整流和濾波后的信號傳送至增益控制電路(5)，增益控制電路(5)判斷整流和濾波后的信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則調(diào)整可變增益放大電路(2)的增益;此外，系統(tǒng)還包括直流失調(diào)消除電路(3)，可變增益放大電路(2)包括至少一級放大器模塊，直流失調(diào)消除電路(3)判斷放大器模塊的輸出信號是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則對放大器模塊的輸入信號進(jìn)行補(bǔ)償，直到放大器模塊的輸出信號在預(yù)設(shè)范圍為止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述放大器模塊包括全差分運(yùn)算放大器，直流失調(diào)消除電路(3)包括至少一個直流失調(diào)消除模塊，直流失調(diào)消除模塊與全差分運(yùn)算放大器 對應(yīng);直流失調(diào)消除模塊包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、濾波器、電壓比較器、控制單元和電流補(bǔ)償單元，全差分運(yùn)算放大器的反相輸出端輸出電壓經(jīng)過第一開關(guān)送至濾波器，全差分運(yùn)算放大器的正相輸出端輸出電壓經(jīng)過第二開關(guān)送至濾波器，經(jīng)過濾波器濾波處理后的反相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的正相輸入端，經(jīng)過濾波器濾波處理后的正相輸出端輸出電壓送至電壓比較器的反相輸入端，電壓比較器的比較結(jié)果輸出給控制單元，控制單元根據(jù)比較結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行電流補(bǔ)償，如果需要，則控制電流補(bǔ)償單元對全差分運(yùn)算放大器的正相輸入端或反相輸入端進(jìn)行電流補(bǔ)償。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述放大器模塊還包括第一可變電阻和第二可變電阻;其中，第一可變電阻的一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸入端，第一可變電阻的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸出端，第二可變電阻的一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二可變電阻的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流補(bǔ)償單元包括多個電流補(bǔ)償子單元，電流補(bǔ)償子單元包括N溝道MOS管、第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)，N溝道MOS管的柵極輸入偏置電壓VB，N溝道MOS管的源極接地，N溝道MOS管的漏極分別連接第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)的一端和第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)的一端，第一電流補(bǔ)償控制開關(guān)的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的反相輸入端，第二電流補(bǔ)償控制開關(guān)的另一端連接全差分運(yùn)算放大器的同相輸入端。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述增益控制電路(5)包括第一比較器(51)、第二比較器(52)和跟蹤控制模塊(53)，信號強(qiáng)度指示電路(4)輸出的信號分別傳送至第一比較器(51)和第二比較器(52)，第一比較器(51)將信號強(qiáng)度指示電路(4)輸出的信號與第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊(53)，第二比較器(52)將信號強(qiáng)度指示電路(4)輸出的信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后將比較結(jié)果輸出給跟蹤控制模塊(53)，跟蹤控制模塊(53)控制放大器模塊中的第一可變電阻和第二可變電阻的阻值，以調(diào)整放大器模塊的增益。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信號強(qiáng)度指示電路(4)包括全波整流器(41)和低通濾波器(42)，經(jīng)過可變增益放大電路(2)的放大之后的信號輸入全波整流器(41)的輸入端，經(jīng)過全波整流器(41)的整流處理后輸出給低通濾波器(42)，經(jīng)過低通濾波器(42)的濾波處理后輸出給增益控制電路(5)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述全波整流器(41)包括非平衡源耦合差分對。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)式自動增益控制系統(tǒng)，其特征在于:所述跟蹤控制模塊(53)采用步進(jìn)式增益控制字算法，增益控制的步長為ldB。
【文檔編號】H03G3/30GK105915192SQ201610352877
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】馬力, 王志功, 徐建
【申請人】東南大學(xué)