兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统及方法与流程

本发明属于通讯技术领域，涉及一种射频收发机，尤其涉及一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统，本发明还涉及一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制方法。

背景技术：

随着现代通信系统的快速发展，射频收发机芯片的设计需要适应越来越复杂多变的环境和多种应用场景，这给射频芯片的设计带来越来越大的挑战，比如如何同时兼顾优化在低噪声环境下接收灵敏度，以及邻近信道、次邻近信道、其他未知强干扰信号环境下的数据正常收发和解调。

在收发机芯片的众多设计难点之中，其中一个是如何提供一个完善的接收机agc算法，既能保证在低干扰模式取得最优接收性能，又可以在强干扰模式(如aci，aaci，in-bandblocker,out-of-bandblocker)保持正常工作。

针对此项难点，传统的agc做法有：1)rssi功率检测：在adc输出的数字基带中检测接收信号功率强度(rssi)，并基于rssi的大小判断需要增加或者降低射频前端增益，如图1所示传统手机接收机agc原理；2)峰值检测：在射频接收前端的各个具有增益的模块后面添加信号峰值检测模块(peakdetector)，该模块在接收调制信号包的前期判断各模块信号输出是否饱和并反馈给agc判决器，agc判决器根据峰值检测模块反馈信号和adc输出信号决定具体增加或者降低增益，如图2所示wifi等消费类接收机。

传统rssi检测方法有着简单易用的优点，但同时也一直存在一个难题。就是这种agc算法只能根据rssi结果来判断是否需要增减射频前端增益，这在理想环境中是可以很好的工作。但是一旦遇到出现大的带外干扰信号，比如aaci，out-of-bandblocker，这个时候前级电路已经饱和，但是adc输出的信号中的带外干扰已经被滤波器滤除，即rssi信息中不能正确检测到这个强干扰信号。最后导致在强干扰情况下无法正确接收。

在传统rssi检测模式下，如果想兼顾强干扰情况下的接收机工作状态，就需要把agc的门限电压调低，但这样就会牺牲正常低噪声环境中的工作性能。

峰值检测agc方法的优点是对每个调制信号包都进行信号能量峰值检测，以确定接收机的增益。这种方法的优点是在各种干扰不确定的ismband，可以快速检测每个模块的输出，保证所有模块都不会出现饱和。但是缺点是：1)为了保证每个增益模块的输出都不会饱和，就需要在每个有增益的模块后面放置峰值检测模块。这样既增加了芯片面积和功耗，同时射频前端和基带以及agc控制模块的接口较多，而往往在实际系统中接口的数量是很宝贵的，比如射频前端和基带是分立的芯片；2)为了提高信号传输效率，此方法需要在调制包的有限的preamble阶段就必须迅速完成判断和增益判决，对整个agc系统的时延要求比较高；3)因为agc时间的限制，并且需要处理多个反馈信号，算法需要准备多套应用方案以尽可能的优化减小agc时间，比较复杂。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的射频收发机的检测方式，以便克服现有检测方式存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统，可以使接收机的agc算法不必为了优化对强干扰的容忍度而牺牲正常模式的性能；本发明通过增加检测电路既可以使电路由正常模式自动切换到强干扰模式，又可以在干扰消除后自动回归正常模式。

此外，本发明还提供一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制方法，可以使接收机的agc算法不必为了优化对强干扰的容忍度而牺牲正常模式的性能；本发明通过增加检测电路既可以使电路由正常模式自动切换到强干扰模式，又可以在干扰消除后自动回归正常模式。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统，所述控制系统包括：

pcb射频前端匹配模组fem，用以调节射频输入匹配；

低噪声放大器lna，用以放大从天线输入的射频信号；

接收机混频器rmx，用以将射频信号下变频到基带中频信号；

跨阻放大器tia，用以放大中频信号；

低通滤波器lpf，用以滤除带外干扰；

可变增益放大器vga，用以调节增益将输入信号放大到adc需要的电压范围；

模拟数字转换器adc，用以将模拟信号转换到数字信号供数字基带解调；

接收机信号功率指示器rssi，用以在数字基带中表示接收机的接收信号平均功率；

功率检测器pdet，用以检测tia输出平均功率；功率检测器pdet同时用以检测跨阻放大器tia的输出功率是否超出阈值上限；

自动增益控制模块，包括正常模式下的自动增益控制表格、在强干扰下的自动增益控制表格；自动增益控制模块根据功率检测器pdet的检测结果进行工作；如果检测到跨阻放大器tia的输出功率没有超出上限，那么系统认为这个时候接收器处于无强干扰信号的正常环境下，则自动增益控制模块采用正常模式下的自动增益控制表格和算法；这个时候的整个接收链路处于最佳的工作状态，得到最优的接收性能；如果功率检测模块检测到跨阻放大器tia输出功率超出上限，那么系统认为这个时候接收器可能处于两个状态：第一种情况是接收有用信号为强信号；第二种情况是接收信号中除了有用信号还伴随有强干扰信号的环境下。无论哪种情况，自动增益控制模块采用强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，都可以使接收机处于比较有利的工作状态，可以达到正确解调的目的；将避免跨阻放大器tia的输出出现饱和，从而避免产生失真而导致解调失败；对抑制强干扰特别有益。

作为本发明的一种优选方案，若进入强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，通过如下方式自动回归正常模式的自动增益控制表格和算法：设计功率检测器的下限阈值，当触发上限阈值后，此下限阈值就需要被检测和比较；如果输出功率降低到下限阈值以下，则接收机认为强干扰源已经不存在或者已经降低到很低的影响，回归正常工作模式。

一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统，所述控制系统包括：pcb射频前端匹配模组fem、低噪声放大器lna、两个接收机混频器rmx、两个跨阻放大器tia、两个低通滤波器lpf、两个可变增益放大器vga、两个模拟数字转换器adc、接收机信号功率指示器rssi、功率检测器pdet、自动增益控制模块；

两个接收机混频器rmx分别为同相通路接收机混频器rmx、正交通路接收机混频器rmx，两个跨阻放大器tia分别为同相通路跨阻放大器tia、正交通路跨阻放大器tia，两个低通滤波器lpf分别为同相通路低通滤波器lpf、正交通路低通滤波器lpf，两个可变增益放大器vga分别为同相通路可变增益放大器vga、正交通路可变增益放大器vga，两个模拟数字转换器adc分别为同相通路模拟数字转换器adc、正交通路模拟数字转换器adc；

所述pcb射频前端匹配模组fem连接低噪声放大器lna，低噪声放大器lna分别连接同相通路接收机混频器rmx、正交通路接收机混频器rmx；

同相通路接收机混频器rmx、同相通路跨阻放大器tia、同相通路低通滤波器lpf、同相通路可变增益放大器vga、同相通路模拟数字转换器adc依次连接；

正交通路接收机混频器rmx、正交通路跨阻放大器tia、正交通路低通滤波器lpf、正交通路可变增益放大器vga、正交通路模拟数字转换器adc依次连接；

自动增益控制模块分别连接低噪声放大器lna、同相通路跨阻放大器tia、正交通路跨阻放大器tia、同相通路低通滤波器lpf、正交通路低通滤波器lpf、同相通路可变增益放大器vga、正交通路可变增益放大器vga、功率检测器pdet；

pcb射频前端匹配模组fem用以调节射频输入匹配；

低噪声放大器lna用以放大从天线输入的射频信号；

各接收机混频器rmx用以将射频信号下变频到基带中频信号；

各跨阻放大器tia用以放大中频信号；

各低通滤波器lpf用以滤除带外干扰；

各可变增益放大器vga用以调节增益将输入信号放大到adc需要的电压范围；

模拟数字转换器adc用以将模拟信号转换到数字信号供数字基带解调；

接收机信号功率指示器rssi用以在数字基带中表示接收机的接收信号平均功率；

功率检测器pdet用以检测tia输出平均功率；功率检测器pdet同时用以检测跨阻放大器tia的输出功率是否超出阈值上限；

自动增益控制模块包括正常模式下的自动增益控制表格、在强干扰下的自动增益控制表格；自动增益控制模块根据功率检测器pdet的检测结果进行工作；如果检测到跨阻放大器tia的输出功率没有超出上限，那么系统认为这个时候接收器处于无强干扰信号的正常环境下，则自动增益控制模块采用正常模式下的自动增益控制表格和算法；这个时候的整个接收链路处于最佳的工作状态，得到最优的接收性能；如果功率检测模块检测到跨阻放大器tia输出功率超出上限，那么系统认为这个时候接收器可能处于两个状态：第一种情况是接收有用信号为强信号；第二种情况是接收信号中除了有用信号还伴随有强干扰信号的环境下。无论哪种情况，自动增益控制模块采用强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，都可以使接收机处于比较有利的工作状态，可以达到正确解调的目的；将避免跨阻放大器tia的输出出现饱和，从而避免产生失真而导致解调失败；对抑制强干扰特别有益。

作为本发明的一种优选方案，若进入强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，通过如下方式自动回归正常模式的自动增益控制表格和算法：设计功率检测器的下限阈值，当触发上限阈值后，此下限阈值就需要被检测和比较；如果输出功率降低到下限阈值以下，则接收机认为强干扰源已经不存在或者已经降低到很低的影响，回归正常工作模式。

一种上述的兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

自动增益控制模块根据功率检测器pdet的检测结果进行工作；如果检测到跨阻放大器tia的输出功率没有超出上限，那么系统认为这个时候接收器处于无强干扰信号的正常环境下，则自动增益控制模块采用正常模式下的自动增益控制表格和算法；这个时候的整个接收链路处于最佳的工作状态，得到最优的接收性能；如果功率检测模块检测到跨阻放大器tia输出功率超出上限，那么系统认为这个时候接收器可能处于两个状态：第一种情况是接收有用信号为强信号；第二种情况是接收信号中除了有用信号还伴随有强干扰信号的环境下。无论哪种情况，自动增益控制模块采用强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，都可以使接收机处于比较有利的工作状态，可以达到正确解调的目的；将避免跨阻放大器tia的输出出现饱和，从而避免产生失真而导致解调失败；对抑制强干扰特别有益。

若进入强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，通过如下方式自动回归正常模式的自动增益控制表格和算法：设计功率检测器的下限阈值，当触发上限阈值后，此下限阈值就需要被检测和比较；如果输出功率降低到下限阈值以下，则接收机认为强干扰源已经不存在或者已经降低到很低的影响，回归正常工作模式。

本发明的有益效果在于：本发明提出的兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统及方法，可以使接收机的agc算法不必为了优化对强干扰的容忍度而牺牲正常模式的性能。本agc算法只增加一个检测电路既可以使电路由正常模式自动切换到强干扰模式，又可以在干扰消除后自动回归正常模式。

本发明提出一套新的agc算法，在正常rssi检测基础上，增加一个射频前端电路输出的检测模块，以判断是否需要由正常agc模式切换到强干扰agc模式，并且提供后续判断是否需要由强干扰agc模式自动返回正常agc模式。

本发明的原理是在传统rssi检测基础上增加一个射频前端电路是否饱和的检测模块。在正常低噪声环境下，此模块上限阈值pth_h不会被触发，接收机agc算法按照正常模式运行，保证了低噪声环境的最优性能。在强干扰信号下，此模块上限阈值pth_h被触发，接收机agc算法按照强干扰模式运行，兼顾了强干扰模式下的链路稳定性。为了能够使接收机从强干扰环境到低噪声环境时自动回归正常模式，本发明设计了pth_l阈值，当低于pth_l时，接收机agc算法自动回归正常模式。

本发明可以应用于多种无线通讯、有线通讯的接收机，如cellular,wifi,bluetooth,zigbee,gps,rfid,nfc等标准和协议。

附图说明

图1为常见rssi检测agc原理示意图。

图2为常见峰值检测agc原理示意图。

图3为本发明接收机agc的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图3，本发明揭示了一种兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统，所述控制系统包括：pcb射频前端匹配模组fem、低噪声放大器lna、两个接收机混频器rmx、两个跨阻放大器tia、两个低通滤波器lpf、两个可变增益放大器vga、两个模拟数字转换器adc、接收机信号功率指示器rssi、功率检测器pdet、自动增益控制模块；

两个接收机混频器rmx分别为同相通路接收机混频器rmx、正交通路接收机混频器rmx，两个跨阻放大器tia分别为同相通路跨阻放大器tia、正交通路跨阻放大器tia，两个低通滤波器lpf分别为同相通路低通滤波器lpf、正交通路低通滤波器lpf，两个可变增益放大器vga分别为同相通路可变增益放大器vga、正交通路可变增益放大器vga，两个模拟数字转换器adc分别为同相通路模拟数字转换器adc、正交通路模拟数字转换器adc；

所述pcb射频前端匹配模组fem连接低噪声放大器lna，低噪声放大器lna分别连接同相通路接收机混频器rmx、正交通路接收机混频器rmx；

同相通路接收机混频器rmx、同相通路跨阻放大器tia、同相通路低通滤波器lpf、同相通路可变增益放大器vga、同相通路模拟数字转换器adc依次连接；

正交通路接收机混频器rmx、正交通路跨阻放大器tia、正交通路低通滤波器lpf、正交通路可变增益放大器vga、正交通路模拟数字转换器adc依次连接；

自动增益控制模块分别连接低噪声放大器lna、同相通路跨阻放大器tia、正交通路跨阻放大器tia、同相通路低通滤波器lpf、正交通路低通滤波器lpf、同相通路可变增益放大器vga、正交通路可变增益放大器vga、功率检测器pdet；

pcb射频前端匹配模组fem用以调节射频输入匹配；低噪声放大器lna用以放大从天线输入的射频信号；各接收机混频器rmx用以将射频信号下变频到基带中频信号；各跨阻放大器tia用以放大中频信号；各低通滤波器lpf用以滤除带外干扰；各可变增益放大器vga用以调节增益将输入信号放大到adc需要的电压范围；模拟数字转换器adc用以将模拟信号转换到数字信号供数字基带解调；接收机信号功率指示器rssi用以在数字基带中表示接收机的接收信号平均功率。

功率检测器pdet用以检测tia输出平均功率；功率检测器pdet同时用以检测跨阻放大器tia的输出功率是否超出阈值上限。

自动增益控制模块包括正常模式下的自动增益控制表格、在强干扰下的自动增益控制表格；自动增益控制模块根据功率检测器pdet的检测结果进行工作；如果检测到跨阻放大器tia的输出功率没有超出上限，那么系统认为这个时候接收器处于无强干扰信号的正常环境下，则自动增益控制模块采用正常模式下的自动增益控制表格和算法；这个时候的整个接收链路处于最佳的工作状态，得到最优的接收性能；如果功率检测模块检测到跨阻放大器tia输出功率超出上限，那么系统认为这个时候接收器可能处于两个状态：第一种情况是接收有用信号为强信号；第二种情况是接收信号中除了有用信号还伴随有强干扰信号的环境下。无论哪种情况，自动增益控制模块采用强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，都可以使接收机处于比较有利的工作状态，可以达到正确解调的目的；将避免跨阻放大器tia的输出出现饱和，从而避免产生失真而导致解调失败；对抑制强干扰特别有益。

若进入强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，通过如下方式自动回归正常模式的自动增益控制表格和算法：设计功率检测器的下限阈值，当触发上限阈值后，此下限阈值就需要被检测和比较；如果输出功率降低到下限阈值以下，则接收机认为强干扰源已经不存在或者已经降低到很低的影响，回归正常工作模式。

本发明还揭示上述的兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

自动增益控制模块根据功率检测器pdet的检测结果进行工作；如果检测到跨阻放大器tia的输出功率没有超出上限，那么系统认为这个时候接收器处于无强干扰信号的正常环境下，则自动增益控制模块采用正常模式下的自动增益控制表格和算法；这个时候的整个接收链路处于最佳的工作状态，得到最优的接收性能；如果功率检测模块检测到跨阻放大器tia输出功率超出上限，那么系统认为这个时候接收器可能处于两个状态：第一种情况是接收有用信号为强信号；第二种情况是接收信号中除了有用信号还伴随有强干扰信号的环境下。无论哪种情况，自动增益控制模块采用强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，都可以使接收机处于比较有利的工作状态，可以达到正确解调的目的；将避免跨阻放大器tia的输出出现饱和，从而避免产生失真而导致解调失败；对抑制强干扰特别有益。

万一进入强干扰模式下的自动增益控制表格和算法，如何自动回归正常模式的agc表格和算法，本申请也有考虑。通过如下方式自动回归正常模式的自动增益控制表格和算法：设计功率检测器的下限阈值，当触发上限阈值后，此下限阈值就需要被检测和比较；如果输出功率降低到下限阈值以下，则接收机认为强干扰源已经不存在或者已经降低到很低的影响，回归正常工作模式。

综上所述，本发明提出的兼顾多种应用场景的接收机自动增益控制系统及方法，可以使接收机的agc算法不必为了优化对强干扰的容忍度而牺牲正常模式的性能。本agc算法只增加一个检测电路既可以使电路由正常模式自动切换到强干扰模式，又可以在干扰消除后自动回归正常模式。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。