专利名称：自动增益控制器及其输出增益控制信号的方法
技术领域：
本发明总体涉及一种自动增益控制器，特别涉及一种输出增益控制信号以自动控制输入到信号接收器如数字电视的自动增益控制器。
背景技术：
信号接收器如数字电视具有控制输入信号增益的自动增益控制器。万一输入信号的功率过高或过低，就很难正确控制该信号，因而自动增益控制器自动调整输入信号的增益到适当的值上。
自动增益控制是必需的，特别是在数字通信中。在数字通信中，模数转换器采集射频信道上传输的模拟信号，经数字化后的信号再进行数字信号处理。当模拟信号数字化后，为了使量化噪声最小，输入信号需要具有足够大的功率。但是，如果信号功率的输入过大，AD转换器将变为饱和，那么电路处理数字信号将会引起误操作。因而，应将输入信号电平调整到一定电平上。
自动增益控制器不仅对数字电视是必需的，而且对所有的通信设备，包括移动通信设备等中也是必需的。图1表示一种常规的自动增益控制器，具体地说，是数字通信使用的自动增益控制器。
如图1所示，常规的自动增益控制器包括一个功率估计器11、一个减法器13、一个增益乘法器15、一个累加器20和一个调制器30。
功率估计器11接收AD转换器输出的数字信号，并估计该输入信号的功率。减法器13计算功率估计器11估计的功率与预先确定的参考值之间的差值，也就是信号功率的误差。所计算的差值被输入到增益乘法器15，增益乘法器15将该差值乘以常数增益K。乘以了参考值和输入信号实际功率之间差值的常数增益K决定了自动增益控制器的带宽。
累加器20包括延时信号输入的延时单元23和加法器21，加法器21将延时单元23的输出与增益乘法器15的输出相加，并将相加的结果输入给延时单元23。增益乘法器15的输出值由累加器20进行累加。
调制器30调制累加器20的输出值。调制器30使用∑-△DA转换器，能产生相应于累加器20输出的脉冲宽度调制信号。调制器30的输出提供给信号接收器的其它部件，如需要增益控制信号的IF放大器或RF放大器。
但是，上述常规的自动增益控制器存在一个问题，即由于控制带宽的增益值K是固定的，当接收输入信号的信道状态变化太大时，输入信号的信号电平可能不会作正确的调整。例如，如图2所示，如果增益值K设置得过低(K＜1)，则随着自动增益控制器的增益变低，很难跟随输入信号的变化；如果增益值K设置得过高(K＞1)，则由于自动增益控制器的增益变高，在稳定接收的输入信号的状态中出现的抖动(jitter)就变高。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种自动增益控制器，该自动增益控制器在输入信号功率与参考值之间的差值较大时，通过使控制器具有较大的增益值，能将输入信号功率快速调整到希望的信号电平上，并且在该差值较小时，通过使控制器具有较小的增益值，能精细地控制增益。
本发明的另一个目的和优点，部分地在随后的说明中提出来，部分地从该说明中明显地看出来，或从本发明的实施中获得。
本发明上述的和其它目的可通过提供一种自动增益控制器来实现，该自动增益控制器包括一个用以估计输入信号电平的估计器、一个用以计算估计器估计的电平与预先确定的参考值之间的差值的减法器、以及一个输出控制值的增益控制器，其中该控制值是通过对减法器的输出差值作非线比例变换(scaling)得到的。
所述增益控制器包括第一乘法器，将预先确定的常数增益乘以来自减法器的差值；绝对值计算器，计算差值的绝对值；以及第二乘法器，通过将第一乘法器的输出乘以绝对值计算器的输出来输出控制值。于是，增益控制器输出与差值平方成比例的控制值。
同时，依据本发明的自动增益控制器具有一个累加器，用以计算增益控制器输出的控制值的累加值，以及一个根据减法器输出的累加值而产生调制信号的调制器。调制器输出的信号被提供给需要增益控制信号的装置，如IF放大器。
依据本发明，如果输入信号的功率与参考值之间的误差很大，则可以将功率快速调整到希望的信号电平，如果误差较小，则可以精细地控制增益。
本发明上述和其它目的也可通过提供一种输出自动增益控制器的增益控制信号的方法来实现，该方法包括估计信号输入的电平，计算估计的电平与预先确定的参考值之间的差值，以及通过对估计的电平与预先确定的参考值之间计算出的差值作非线性比例变换来输出控制值。
结合附图考虑，从下面对优选实施例的说明中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将更加清楚和容易理解，在这些附图中图1是常规的自动增益控制器的方框图；图2表示图1提供的自动增益控制器输出的曲线；图3是依据本发明实施例的自动增益控制器的方框图；图4是表示图3提供的增益控制器的详细结构的方框图；以及图5表示图3提供的自动增益控制器输出的曲线。
具体实施例方式
以下将详细地参考本发明的实施例，本发明的例子表示在附图中，其中相同的参考数字在所有图中均指相同元件。为了通过参考这些附图解释本发明，下面将说明本发明的实施例。
图3是依据本发明实施例的自动增益控制器的方框图，图4是表示图3中增益控制器详细结构的方框图。在本实施例，提供了一种为数字信号输出增益控制信号的自动增益控制器。
依据本发明实施例，通过外部信道接收的信号由AD转换器(未表示出)转换为数字信号，并且转换后的数字信号被输入到自动增益控制器中。
自动增益控制器包括功率估计器51、减法器53、增益控制器60、累加器70和调制器80。
功率估计器51接收由AD转换器输出的数字信号，并估计输入信号的功率。输入信号的功率可以通过利用输入信号的平方值，或者简单地采用输入信号的绝对值来计算。
功率估计器51的输出和预先确定的参考值被输入到减法器53中。参考值被设置为某个确定的值，该值是在假设输入信号具有正态分布时计算出的。参考值被保存在存储单元中，如寄存器(未表示出)中，并且根据需要是可以改变的。减法器53计算差值，即在功率估计器11中估计的功率与参考值之间的功率信号的误差。计算出的差值被输入到增益控制器60中。
如图4所示，增益控制器60包括第一乘法器61、第二乘法器65和绝对值计算器63。第一乘法器61的输入是由减法器53输出的差值，并且第一乘法器61将预先确定的常数增益K乘以该差值。减法器53输出的差值还输入到绝对值计算器63中，绝对值计算器63计算减法器53输出的差值。第二乘法器65将第一乘法器61的输出乘以绝对值计算器63的输出，并且第二乘法器65的输出变为增益控制器60输出的控制值。
具有上述结构的增益控制器60的输出可以通过下列等式表示y(n)＝Ke(n)|e(n)|＝Ke2(n)(对于e(n)＞0)＝-Ke2(n)(对于e(n)＜0)在该等式中，n是数字输入信号的采样时间；y(n)是增益控制器60的输出；K是第一乘法器61的常数增益；以及e(n)是减法器53输出的误差。
如上面的等式所示，通过对输入差值进行非线性比例变换，增益控制器60输出控制值，并且输出的控制值与减法器53输出的差值的平方成比例。
累加器70包括对输入其中的信号进行延时的延时单元73，以及将延时单元73的输出与增益控制器60的输出相加的加法器71，它还将其输出输入给延时单元73。延时单元73将输入给它的信号延时一个采样周期。由于延时单元73的输入是它自己的输出和增益控制器60的输出，所以延时单元73连续地累加增益控制器60的输出。因此累加器70累加增益控制器60输出的每个控制值，然后计算累加值。
调制器80对累加器70的输出值进行调制。最好使用∑-△DA转换器作为调制器80，以便依据累加器70的输出产生脉冲宽度调制信号。因此，调制器80产生由二进制值0或1组成的脉冲宽度调制信号，并且该信号成为自动增益控制器的最终输出。调制器80产生的最终输出由信号接收器提供给其它部件，如需要增益控制信号的IF放大器或RF放大器。
图5是说明按照上面所述的等式所指示的增益控制器60的输出曲线。如图5所示，输入的估计电平与预先确定的参考值之间差值越大，即信号输入功率与参考值之间的误差越大，则自动增益控制器的增益就越大，它们之间的函数关系是一个二次曲线。因此，可以快速地跟随信号输入的电平变化，并且信号接收器的运行将快速稳定。另外，当上述差值很小时，增益将变得更小。这样，由不必要的大的增益引起的波动将不会出现在信号电平中，并且阻止了在稳定接收的输入信号状态中出现的抖动。
上述的实施例说明了与差值平方成比例的控制值的例子，使得当输入信号的电平变化非常大时，能快速跟随输入信号的变化。但是，可以应用随着误差值增加而使控制值非线性地增加的各种方法。例如，一种可能的方法可以是使增益控制器与误差值的立方成比例，或者采用各种电路，在这之中，依据可能没有在具体的公式中指明的另一种非线性特性，增益特性是能改变的。
如上所述，依据本发明，如果输入信号的功率与参考值之间的误差较大，可以快速地将功率调整到希望信号电平，而如果误差较小，则可以精细地控制功率。
尽管参考特定的优选实施例对本发明进行了表示和说明，但是，在不脱离本发明附加权利要求书等所定义的原理和精神的范围内，本领域的普通技术人员将会理解在这些实施例中可以做各种变化。
权利要求
1.一种自动增益控制器，包括一个估计器，用于估计输入信号的电平；一个减法器，用于计算由所述估计器估计的电平与预先确定的参考值之间的差值；以及一个增益控制器，通过对由所述减法器输出的差值作非线性比例变换而输出控制值。
2.依据权利要求1所述的自动增益控制器，其中，所述自动增益控制器输出与所述减法器输出的差值平方成比例的控制值。
3.依据权利要求2所述的自动增益控制器，其中，所述增益控制器包括第一乘法器，将预先确定的常数增益乘以所述减法器输出的差值；绝对值计算器，计算所述减法器输出的差值的绝对值；以及第二乘法器，通过将所述第一乘法器的输出乘以所述绝对值计算器的输出来输出控制值。
4.依据权利要求1所述的自动增益控制器，还包括一个累加器，计算由所述增益控制器输出的控制值的累加值。
5.依据权利要求4所述的自动增益控制器，其中，所述累加器包括一个延时单元，延时输入到其中的信号；以及一个加法器，将所述延时单元的输出与从所述增益控制器输出的控制值相加，并将其输出输入到所述延时单元中。
6.依据权利要求4所述的自动增益控制器，还包括一个调制器，产生与所述累加器输出的累加值相应的调制信号。
7.依据权利要求3所述的自动增益控制器，其中，所述增益控制器的输出可以由下列等式表示y(n)＝Ke(n)|e(n)|＝Ke2(n)(对于e(n)＞0)＝-Ke2(n)(对于e(n)＜0)其中n是输入信号的采样时间；y(n)是增益控制器的输出；K是第一乘法器的常数增益；以及e(n)是减法器输出的误差。
8.一种自动增益控制器，包括一个估计器，用于估计输入信号的电平；一个减法器，用于计算所述估计器估计的电平与预先确定的参考值之间的差值，以产生一个误差值；以及一个增益控制器，如果误差值非常小，则更慢地调整误差值，如果误差值较大，则更快地调整误差值。
9.一种输出自动增益控制器的增益控制信号的方法，该方法包括步骤估计输入信号的电平；计算估计的输入值与预先确定的参考值之间的差值；以及对计算的差值作非线性比例变换，以输出一个控制值。
10.依据权利要求9所述的输出增益控制信号的方法，其中，比例变换包括输出与计算的差值的平方成比例的控制值。
11.依据权利要求9所述的输出增益控制信号的方法，还包括步骤计算控制值的累加值的方法。
12.依据权利要求11所述的输出增益控制信号的方法，还包括步骤产生相应于累加值的调制信号。
13.依据权利要求9所述的输出增益控制信号的方法，其中，比例变换包括输出与计算的差值的立方成比例的控制值。
14.依据权利要求1所述的自动增益控制器，其中，预先确定的参考值是根据输入信号的正态分布来设置的。
全文摘要
一种自动增益控制器，包括有估计器，用以估计输入信号的电平；减法器，用以计算估计器估计的电平与预先确定的参考值之间的差值；增益控制器，通过对减法器输出的差值作非线性比例变换而输出控制值；累加器，用以累加增益控制器的输出；以及调制器，用以将累加器的输出调制为脉冲宽度调制信号。增益控制器输出与差值平方成比例的控制值。如果输入信号的功率与参考值之间的误差较大，可以快速地将功率调整到希望信号电平，而如果误差较小，则可以精细地控制功率。
文档编号H03G3/20GK1430413SQ0211937
公开日2003年7月16日 申请日期2002年5月14日 优先权日2002年1月2日
发明者金俊守 申请人:三星电子株式会社