专利名称：带宽自适应自动增益控制电路及其控制方法
技术领域：
本发明是有关于一种自动增益控制电路及其控制方法，特别是指一种带 宽自适应自动增益控制电路及其控制方法。
背景技术：
目前大多数的自动增益控制系统为了能够获得比较稳定的性能和固定的 时间常量，通常都是采用固定带宽的设计方式。这种设计方法适合比较稳定
的信号传输信道，例如有线电视(DVB-C)，或者对能量到达稳定时间要求很短 的无线传输规格，如WLAN。然而，对数字视讯地面接收系统(DVB-T)而言，通 道衰减(fading channel)会随着时间而改变，因此自动增益控制系统不仅追 踪信号的能量变化要快速，而且必须降低当自动增益控制系统稳定时，控制 增益的抖动误差(jitter)。其中，自动增益控制系统的跟踪带宽变大，相对 地，控制增益的抖动误差也会跟着变大。
请参考图l所示，其是为公用技术的自动增益控制系统的方块示意图。自 动增益控制系统包含可变增益放大器IIO、模拟/数字转换器120、能量检测 单元130、加法器ADD、积分滤波器140、对照表150及数字/模拟转换器160。
能量检测单元130会检测模拟/数字转换器120所输出的数字信号的最大 能量，并传送至加法器ADD，与参考信号相减，产生误差信号。而数字信号为 复合信号，包含信号I及信号Q。接着，积分滤波器140会进一步过滤并累加误 差信号，产生控制增益。最后利用数字/模拟转换器160及査询对照表150的方 式，将控制增益转换成相对应的控制电压，以提供可变增益放大器110放大模 拟信号的所需。
其中，能量检测单元130是将信号I绝对值的平方加上信号Q绝对值的平 方，来得到最大能量，如此一来，必须用到多个加法器及乘法器，会造成成 本—匕的增加。若此自动增益控制系统应用在信号能量会随着时间而变化的 DVB-T上，则无法有效地控制跟踪带宽、控制增益的抖动误差及输出的数字信 号保持稳定的状态。此外，利用对照表150搭配数字/模拟转换器160，将控制 增益转换成控制电压，也会造成成本上的增加。
发明内容
本发明为一带宽自适应自动增益控制电路及其控制方法，是根据带宽参 数，弹性地控制自动增益控制电路追踪模拟信号的能量变化的速度及控制增 益的抖动情形。此外，利用脉波密度调变以及一外部电路，将数字信号转换 模拟信号，以及利用数字信号的最大绝对值加上数字信号的四分的一最小绝 对值的方法，来计算数字信号的最大能量，以节省成本。
依据本发明所提出的带宽自适应自动增益控制电路及其控制方法，其自 动增益控制电路包含模拟/数字转换器，用以输出数字信号；比较单元，是 连结于模拟/数字转换器，用以检测数字信号的能量，并将数字信号与参考信 号相减，产生误差信号；带宽控制模块，是连结于比较单元，用以控制误差 信号的带宽，产生均值误差信号及带宽参数；增益控制模块，是连结于带宽 控制模块，用以根据带宽参数，来处理并运算均值误差信号，以产生控制增 益；调变单元，是连结于增益控制模块，用以调变控制增益，产生单位信号; 外部电路，是连结于调变单元，用以将单位信号转换成控制电压；以及可变
增益放大器，是连结于外部电路及模拟/数字转换器，用以根据控制电压，将 其所接收到的模拟信号放大，以提供模拟/数字转换器转换成数字信号。
图l是为公用技术网络设备点对点设定示意图； 图2是为本发明内容的自动增益控制电路的方块图；以及 图3是为本发明内容的自动增益控制电路中更新带宽参数的流程图。
主要组件符号说明
可变增益放大器 110 模拟/数字转换器 120 能量检测单元 130 积分滤波器 140 对照表 150 数字/模拟转换器 160 加法器 ADD
可变增益放大器 210 模拟/数字转换器 220 比较单元 230 带宽控制模块 240 带宽窗口/均值滤波单元 241 闩锁单元 242
带宽控制器 243 增益控制模块 250 回路增益控制单元 251 选择单元 252
累加单元 253 调变单元 260 外部电路 270
具体实施例方式
本发明适用于任何需要使用模拟/数字转换器的系统或规格范围，且更适 合应用于通道衰减会随着时间改变的系统(例如DVB-T)。
请参考图2所示，其是为本发明内容的自动增益控制电路的方块图，包含 一可变增益放大器210，用以根据一控制电压，将其所接收到的模拟信号放大； 一模拟/数字转换器220，用以将模拟信号转换成数字信号，并输出数字信号； 一比较单元230，用以检测数字信号的最大能量，并将数字信号的最大能量与 一参考信号相减，产生一误差信号； 一带宽控制模块240，用以控制误差信号 的带宽，产生一均值误差信号及一带宽参数，而带宽参数包含一取样长度L及 一步阶参数K; 一增益控制模块250，用以根据步阶参数，来处理并运算均值 误差信号，以产生一控制增益； 一调变单元260，用以调变控制增益，产生一 单位信号； 一外部电路270，用以将单位信号转换成上述的控制电压，且包含 至少一低通滤波器。带宽控制模块240更进一步包含 一带宽窗口/均值滤波 单元24K -闩锁单元242及一带宽控制器243。增益控制模块250更进一步包 含 一回路增益控制单元251、 一选择单元252及一累加单元253。其中数字信 号为复合信号。
带宽窗口/均值滤波单元241用以根据取样长度L来过滤所接收到的误差 信号，当取样长度L大时，表示带宽窗口/均值滤波单元241允许通过的误差信 号宽度越大，累加误差信号并计算均值误差信号的速度就越慢，当取样长度L 小时，表示带宽窗口/均值滤波单元241允许通过的误差信号宽度就越小，累 加误差信号并计算均值误差信号的速度就越快。
闩锁单元242用以累加均值误差信号，并且侦测均值误差信号是否发生闩 锁现象，以产生锁相信号，故闩锁单元242包含至少一加法器及一锁相侦测
鹏
器o o
带宽控制器243用以根据闩锁单元242所输入的锁相信号及预设门坎值， 来控制取样长度L及步阶参数K。回路增益控制单元251用以根据步阶参数K， 将均值误差信号除频，即将均值误差信号乘以步阶参数K，而K为小于1的值， 如二分的- 、四分的一或八分的一等。当K值越大，表示除频后的均值误差信 号也越大，使自动增益控制电路能快速追踪模拟信号，当K值越小，表示除频 后的均值误差信号也越小，则使自动增益控制电路追踪模拟信号的速度越慢。
选择单元252用以根据步阶参数K，由除频后的均值误差信号内撷取一步 阶信号。累加单元253以积分的方式将步阶信号累加起来，产生控制增益。
此外，在检测数字信号的最大能量时，是采用数字信号的绝对值与参考 信号相减的方式，而本发明内容与过去不同的是，计算采样点能量的方式为， 将数字元信号的最大绝对值加上最小数字信号的四分的一的绝对值，如此一 来比过去的计算方法节省了许多的成本。调变单元利用脉波密度调变的方法， 将具有多个位的控制增益，调变成具有一个位的单位信号，以节省数字/模拟 转换器的使用。
当模拟信号输入至自动增益控制电路时，自动增益控制电路内的可变增 益放大器210会根据控制电压的补偿，来放大模拟信号，并传送至模拟/数字
转换器220，以进一步地转换成数字信号。就数字视讯地面接收系统而言，信
道衰减可能会随时间的不同而有所改变，因此需要自动增益控制电路能快速 地追踪模拟信号能量变化的能力，且降低在稳态下控制增益的抖动。然而， 自动增益控制电路若提高追踪模拟信号的能量变化的能力，就必须增加自动 增益控制电路的追踪带宽，而控制增益的抖动也会相对地增加，亦即自动增 益控制电路的追踪带宽与控制增益的抖动是互为取舍关系。
因此，本发明利用分段追踪的方式，来解决上述的问题。首先，由模拟/
数字转换器220的输出端，将数字信号的最大绝对值加上数字信号的最小绝对 值的四分之一，以获得取样点能量，来检测数字信号的最大能量。最大能量 在取绝对值后，与一参考信号相减，以获得一误差信号，并传送至带宽窗口/ 均值滤波单元241。带宽窗口/均值滤波单元241会进一步根据一取样长度L将 误差信号过滤并计算，以产生一均值误差信号，并将均值误差信号分别传送 至回路增益控制单元251、闩锁单元242及带宽控制器243。
闩锁单元242会将均值误差信号不断地累加，并判断累加后的均值误差信 号是否达到了闩锁的程度，以产生一闩锁信号至带宽控制器243。带宽控制器 243会进一步地根据闩锁信号，来控制均值误差信号的带宽，即利用预设门坎 值及闩锁信号，来设定步阶参数K及取样长度L。
接着，回路增益控制单元251会根据更新后的步阶参数K，将均值误差信 号除频，即将均值误差信号乘以一个小于l个值，然后传送至选择单元252。 选择单元252也会根据更新后的步阶参数K，由除频后的均值误差信号中擷取 一步阶信号，并将步阶信号传送至累加单元253作累加的动作，产生控制增益。 此时的控制增益具有多个位，若要将这具多个位的控制增益直接转换成可变 增益放大器210所需要的控制电压，则需要利用到数字元/模拟转换器才能实 现。倘若先将具有多个位的控制增益调变成只具有一个位的单位信号，则可
节省数字/模拟转换器的成本。本发明是利用调变单元260以脉波密度调变的
方式，将具有多个位的控制增益调变成只具有一个位的单位信号，如此一来，
自动增益控制电路即可直接透过外部电路270，将单位信号转换成可变增益放 大器210所需的控制电压。其中，单位信号是为一中频信号。
为了更进一步阐述更新带宽参数的动作，请参考图3所示，是为本发明内 容的自动增益控制电路的更新带宽参数的流程图。
首先，带宽窗口/均值滤波单元241先根据带宽参数中的取样长度L来过滤 并计算误差信号，以产生均值误差信号，如步骤S310。其中，自动增益电路 会侦测带宽窗口/均值滤波单元241是否已经完成由比较单元230的输出端撷 取误差信号，并过滤及计算误差信号，产生均值误差信号的动作，如步骤S320。 若带宽窗口/均值滤波单元241尚未完成撷取误差信号的动作，以产生均值误 差信号，回到步骤S310继续过滤并计算误差信号。若带宽窗口/均值滤波单元 241已完成误差信号的撷取动作，并产生均值误差信号，则进行步骤S330。
均值误差信号分别传送至闩锁单元242、带宽控制器243及回路增益控制 单元251。闩锁单元242会根据均值误差信号来不断地侦测自动增益控制系统 是否已达到闩锁的状态，即是否已达到稳定的状态，以产生闩锁信号至带宽 控制器243。当带宽窗口/均值滤波单元241已完成误差信号的擷取，并产生均 值误差信号后，带宽控制器243会进一步地判断均值误差信号是否大于一第一 预设门坎值，如步骤S330。
若此均值误差信号大于此第一预设门坎值，表示自动增益控制电路所接 收到的模拟信号太弱或太强，容易造成控制增益的抖动过大，故将步阶参数K 重新设定为最大值，如步骤S341，以及将取样长度L重新设定为最小值，如步 骤S342。此时，带宽窗口/均值滤波单元241的过滤窗口降到最小，使得带宽 窗口/均值滤波单元241计算均值误差的速度变快；经过回路增益控制单元251
除频后的均值误差信号的值为最大，使得选择单元252输出的步阶信号是为最 大，促使自动增益控制电路能快速追踪模拟信号的能量变化。
若此均值误差信号小于或等于此第一预设门坎值，表示自动增益控制电 路所接收到的模拟信号不会太强或太弱，且控制增益的抖动不会过大，故再 继续根据闩锁单元242所输入的闩锁信号，来判断是否有闩锁现象发生，即自 动增益控制电路是否处于稳定的状态下，如步骤S350。
若未侦测到有闩锁现象发生，表示自动增益控制电路尚未达到稳定的状 态，所侦测到的数字信号的最大能量与参考信号之间仍有差距，以及控制增 益仍有抖动现象，仍需要自动增益控制电路继续追踪带宽，故将步阶参数K重 新设定为正常值，如步骤S361，以及将取样长度L重新设定为正常值，如步骤 S362。此时，带宽窗口/均值滤波单元241的过滤窗口保持正常大小，使得带 宽窗口/均值滤波单元241计算均值误差的速度维持正常；经过回路增益控制 单元251除频后的均值误差信号的值保持正常，使得选择单元252输出的步阶 信号保持正常，促使自动增益控制电路追踪模拟信号的能量变化的速度亦保 持正常。
若自动增益控制电路侦测到有闩锁现象发生，即自动增益控制电路已达 到稳定的状态，仍继续与一第二预设门坎值比较，判断是否小于第二预设门 坎值，如步骤S370。若均值误差信号小于此第二预设门坎值，表示自动增益 控制电路所接收到的模拟信号与标准接收强度之间仍有些微的差距，以及控 制增益仍有些微幅度的抖动现象，仍需要自动增益控制电路继续追踪带宽， 故将步阶参数K重新设为最小值，如步骤S381，以及将取样长度L重新设定为 最大值，如步骤S382。此时，带宽窗口/均值滤波单元241的过滤窗口提高到 最大，使得带宽窗口/均值滤波单元241计算均值误差的速度变慢；经过回路 增益控制单元251除频后的均值误差信号的值为最小，使得选择单元252输出
的步阶信号是为最小，促使自动增益控制电路能降低追踪模拟信号的能量变 化的速度。
若均值误差信号大于等于第二预设门坎值，表示自动增益控制电路中数 字信号与参考信号之间几乎无差距，以及控制增益无抖动现象，自动增益控
制电路无须继续追踪带宽，故可直接回到步骤S310继续过滤并计算误差信号，
以产生下一笔均值误差信号。
最后利用重新设定后的步阶参数K及取样长度L来更新带宽参数，使自动 增益控制电路可以重新追踪所接收到的模拟信号的能量，使输出的数字信号 能量保持稳定的状态，以及控制增益的抖动降到最低，如步骤S390。其中， 第一预设门坎值较一容许值小20 db，第二预设门坎值较一容许值小2或3 db。
另外一方面，利用简易的逻辑控制可以省略与第二预设门坎值比较的动 作，直接以步骤S350来取代，若未侦测到有闩锁现象发生，将步阶参数K重新 设定为最小值，如步骤S381，以及将取样长度L重新设定为最大值，如步骤 S382。此时，带宽窗口/均值滤波单元241的过滤窗口提高到最大，使得带宽 窗口/均值滤波单元241计算均值误差的速度变慢；经过回路增益控制单元251 除频后的均值误差信号的值为最小，使得选择单元252输出的步阶信号是为最 小，促使自动增益控制电路能降低追踪模拟信号的能量变化的速度。
若自动增益控制电路侦测到有闩锁现象发生，即自动增益控制电路已达 到稳定的状态，且数字信号与参考信号之间几乎无差距，以及控制增益无抖 动现象，自动增益控制电路无须继续追踪带宽，故可直接回到步骤S310继续 过滤并计算误差信号，以产生下一笔均值误差信号。
本发明所提供的优点在于，利用调变单元将控制增益调变成单位信号， 以节省数字/模拟转换器的使用。
本发明所提供的另一优点在于，透过外部电路将单位信号直接低通过滤 成一控制电压，以进一步控制可变增益放大器的放大范围。
本发明所提供的再一优点在于，利用预设门坎值及闩锁信号来控制带宽 控制器，以决定步阶参数及取样长度的大小，来改变自动增益控制电路追踪 模拟信号的能量变化的速度，及控制增益的抖动情形，如此一来大幅地提高 自动增益控制电路的控制弹性。
本发明所提供的再一优点在于，带宽窗口/均值滤波单元根据取样长度来 决定过滤窗口大小及计算均值误差信号的速度。
本发明所提供的再一优点在于，回路增益控制单元及选择单元根据步阶 参数来决定经过回路增益控制单元除频后的均值误差信号的大小，选择单元 输出的步阶信号的大小。
本发明所提供的再一优点在于，利用数字信号的最大绝对值加上数字信 号的四分之一最小绝对值的方法，来计算数字信号的最大能量，以节省成本。
所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。但以上 所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即拘限本发明的专利范围，故举 凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明 的范围内，合予陈明。
权利要求
1.一种自动增益控制电路，其特征在于包含一模拟/数字转换器，用以输出一数字信号；一比较单元，用以检测该数字信号的能量，并将该数字信号与一参考信号相减，产生一误差信号；一带宽控制模块，用以控制该误差信号的带宽，产生一均值误差信号及一带宽参数；一增益控制模块，用以根据该带宽参数，来处理并运算该均值误差信号，以产生一控制增益；一调变单元，用以调变该控制增益，产生一单位信号；一外部电路，用以将该单位信号转换成一控制电压；以及一可变增益放大器，用以根据该控制电压，将其所接收到的一模拟信号放大，以提供该模拟/数字转换器转换成该数字信号。
2. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该带宽控制模块 更进一步包含一带宽窗口/均值滤波单元，是用以根据该带宽参数来过 滤该误差信号，并计算该误差信号，产生该均值误差信号。
3. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该带宽控制模块 更进一步包含一闩锁单元，用以累加该均值误差信号，并且侦测该均 值误差是否发生闩锁现象，以产生一锁相信号。
4. 如权利要求3所述的自动增益控制电路，其特征在于该闩锁单元包含 至少一加法器及一锁相侦测器。
5. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该带宽控制模块 更进一步包含一带宽控制器，用以根据一锁相信号及至少一预设门坎 值，来控制该带宽参数。
6. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该带宽控制模块 包含一带宽窗口/均值滤波单元，用以根据该带宽参数来过滤该误差信 号，并计算该误差信号，产生该均值误差信号； 一闩锁单元，用以累 加该均值误差信号，并且侦测该均值误差是否发生闩锁现象，以产生 一锁相信号； 一带宽控制器，用以根据该锁相信号及至少一预设门坎 值，来控制该带宽参数。
7. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该增益控制模块 更进一步包含一回路增益控制单元，用以根据该带宽参数，将该均值 误差信号除频。
8. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该增益控制模块更进一步包含一选择单元，用以根据该带宽参数来选择该均值误差信 号相对应的一步阶信号。
9. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该增益控制模块 更进一步包含一累加单元，以积分的方式，将该均值误差信号相对应 的一步阶信号累加起来，产生该控制增益。
10. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该增益控制模块 包含一回路增益控制单元，用以根据该带宽参数，将该均值误差信号 除频； 一选择单元，用以根据该带宽参数来选择该均值误差信号相对 应的一步阶信号； 一累加单元，以积分的方式，将该步阶信号累加起 来，产生该控制增益。
11. 如权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于该外部电路是包 含至少一低通滤波器。
12. —种自动增益控制方法，其特征在于包含检测该数字信号的一最大能量；将该最大能量与一参考信号相减，产生一误差信号；参考一带宽参数来过滤并计算该误差信号，以产生一均值误差信号；将该均值误差信号与至少一个预设门坎值比较，以更新该带宽参数，而该预设门坎值为一第一预设门坎值；根据该带宽参数，来处理该均值误差信号，以产生一控制增益； 调变该控制增益，以产生一单位信号； 利用一外部电路将该单位信号转换成一控制电压；以及 在将一模拟信号转换成该数字信号的前，根据该控制电压，来调整放大该模拟信号，以维持该数字信号的稳定。
13. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于更进一步包含撷取该经过滤并计算后的均值误差信号；判断该均值误差信号是否大于该第一预设门坎值；判断该均值误差信号是否有闩锁现象；根据上述的判断结果，来设定一步阶参数及一取样长度；以及 根据该步阶参数及该取样长度，来更新该带宽参数。
14. 如权利要求13所述的自动增益控制方法，其特征在于该步阶参数小于
15. 如权利要求13所述的自动增益控制方法，其特征在于若该均值误差信 号大于该第一预设门坎值，将该步阶参数设为最大值，且将该取样长 度设为最小值，以更新该带宽参数；若该均值误差信号小于该第一预 设门坎值，则再进一步根据执行判断是否有闩锁现象的结果，来设定 该歩阶参数为正常值或最小值，该取样长度为正常值或最大值。
16. 如权利要求15所述的自动增益控制方法，其特征在于该第一预设门坎 值较一容许值小20 db。
17. 如权利要求15所述的自动增益控制方法，其特征在于若无闩锁现象发 生，将该步阶参数设为最小值，将该取样长度设为最大值，以更新该 带宽参数；若有闩锁现象发生，则直接继续将该均值误差信号过滤并计算。
18. 如权利要求15所述的自动增益控制方法，其特征在于若无闩锁现象发 生，将该步阶参数设为正常值，将该取样长度设为正常值，以更新该 带宽参数；若有闩锁现象发生，则再进一步根据判断该均值误差信号 是否小于一第二预设门坎值，以决定该步阶参数是否设为最小值，及 该取样长度是否设为最大值。
19. 如权利要求18所述的自动增益控制方法，其特征在于该第二预设门坎 值较一容许值小2或3 db。
20. 如权利要求18所述的自动增益控制方法，其特征在于若闩锁后的该均 值误差信号小于该第二预设门坎值，将该步阶参数设为最小值，将该 取样长度设为最大值，以更新该带宽参数；若闩锁后的该均值误差信 号大于该第二预设门坎值，则直接继续将该均值误差信号过滤并计算。
21. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于更进一步包含累加该均值误差信号，并且侦测该均值误差信号是否发生闩锁现 象，以产生一锁相信号，来提供更新该带宽参数的用。
22. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于更进--步包含根据该更新后的带宽参数，将该均值误差信号除频； 根据该更新后的带宽参数及该数字信号的该最大能量，由该除频 后的均值误差信号中，撷取一步阶信号；以及 累加该步阶信号，以产生该控制增益。
23. 如权利要求22所述的自动增益控制方法，其特征在于该控制增益是由 该步阶信号以积分的方式累加所提供。
24. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于该单位信号是为一中频增益信号。
25. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于该单位信号是由 该控制增益经脉波密度调变所产生。
26. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于该均值误差信号 是由经过滤并计算后的该误差信号所提供。
27. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于该误差信号是由 该最大能量的绝对值与该参考信号相减所提供。
28. 如权利要求12所述的自动增益控制方法，其特征在于该最大能量是以 该数字信号的最大绝对值加上该数字信号的四分的一最小绝对值的方 法来计算。
全文摘要
一种带宽自适应自动增益控制电路及其控制方法，是以一带宽控制器根据至少一预设门坎值及一闩锁信号，来决定一带宽参数，以进一步弹性地控制自动增益控制电路追踪一模拟信号的能量变化的速度及一控制增益的抖动情形。此外，利用脉波密度调变以及一外部电路，将数字信号转换模拟信号，以及利用数字信号的最大绝对值加上数字信号的四分之一最小绝对值的方法，来计算数字信号的最大能量，以节省成本。
文档编号H04B7/005GK101183887SQ20061013875
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者曾智鸣 申请人:扬智科技股份有限公司