专利名称：射频自动增益控制放大器的制作方法
射频自动增益控制放大器
发明内容
本发明属于射频通信技术领域，涉及一种射频自动增益控制调节电路模式，尤其涉及射频自动增益控制放大器，它采用不同于传统的增益调节模式，它适用于接收大动态范围信号的射频接收机。
背景技术：
近年来随着信息技术领域新技术的不断出现和工艺的不断进步，各种接收机系统的输入信号变化范围相比与原来都有很大变化，同时不同射频信号同时工作时，信号之间的干扰也越来越严重，对于弱输入，大干扰的应用场合需要接收机能提供大的输入范围和动态范围。众所周知，不同射频信号同时工作时，来自其他系统的干扰信号不可避免，而现有的传统的接收机系统的射频前端电路一般为固定增益模式，对于这种有大干扰输入的情况，容易饱和射频信号前端，而芯片内部为了避免干扰都是在中频部分采用自动增益控制电路，这种电路不能满足大的动态范围的要求，尤其不能适应多系统工作时强干扰弱信号输入环境，这种增益放大器结构上和功能上的局限性，已成为限制其应用的重大缺陷。传统的可控增益放大器的构成包括控制电路，放大器主电路，检测电路以及参考输入电路。由于在现有技术中，通常是在中频控制增益，这样当射频信号输入过大时，由于在射频端首先出现电路由于饱和而影响信噪比，当信号经过滤波器滤波后，信号的失真减少了，这时中频放大器又将信号幅度控制到要求范围，可是这种控制方式是在信号已经失真的基础上完成的，所以实际的信号信噪比已经降低了，不能满足设计要求。对于传统技术而言，这种在中频端反馈控制中频放大器的技术一般应用是在于信号的变化强度比较小，再一个信号的强度特别的小的条件下来实现的。现有技术可控增益放大器存在诸多缺点第一，传统的控制方式采用控制中频可调增益放大器的方案只能适合于输入信号动态范围较小的情况，不适合于有大动态范围输入条件应用。第二，传统的设计，没有考虑射频增益可以调节，实际问题就是当输入信号很大时，容易将射频部分饱和，光依靠中频控制不能满足现有设计要求。第三，传统的控制方法主要是基于降低系统的噪声系数要求设定前端增益为固定大小，然而实际的系统可以由于输入比较大，对系统前端的噪声系数要求没有那么高，当输入信号比较大时，对系统的线性度要求很高，然而固定射频前端不能满足高线性度要求，固定增益反而会使射频接收机系统的信噪比恶化，最终影响系统性能。传统结构存在不能处理由于输入信号过大导致射频放大器饱和的问题，以及不能最大限度利用硬件资源，在射频前端就对信号进行处理，过小的信号就放大，同时前端提供低的噪声，过大的信号就减少，同时提高系统的线性度，这样减少了电路开销和功耗，提高系统的性能，以及射频接收机的灵敏度。如果有一种射频自动增益控制放大器可灵活根据输入大小改变射频增益，不仅使得整个射频前端的灵活性大大提高，而且更好适应信息技术领域新技术不断增长的市场需求。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术传统的射频接收机前端构成的以上问题，提供一种可射频自动增益控制放大器，可用于高动态的射频接收机以及其他需要处理信号范围变化大的的接收机中。它除具备传统接收机的可调增益放大器的功能，还具有射频可调增益放大器和可调增益的低噪声放大器的功能，可以更好的减少硬件和系统功率开销，提高系统信噪比，优化系统设计。传统的模拟AGC的控制电路原理框图如图I所示，模拟AGC由若干级增益放大级级联构成的可调增益放大器101，峰值检测器102，对数放大器103，低通滤波器104以及相关器105组成。峰值检测器102用于检测增益放大器101输出信号的峰值，送对数放大器103将信号作对数放大，并在相关器105将103放大后的峰值信号与输入的参考电压Vref进行比较，输出控制信号进过低通滤波器104滤波，把控制信号加到可调增益放大器101，控制增益放大器101的增益。在整个射频接收系统中，AGC位于复数中频滤波器与ADC之间，它根据接收到的中频信号强度，进行不同增益级别的放大，使输出信号的强度稳定在一定的电平上，从而给后续ADC电路一个相对固定的输入电压,这样能让ADC以较低的分辨率达到较好的性能和较大的信噪比。 传统的数字PGA控制方式原理框图如图2所示，射频前端芯片的PGA (可程控增益放大器)21由多级级联的VGA (可调增益放大器)201，模数转换器202和数模转换器203构成，数字基带芯片22由数字比较器204，DSP数字信号处理模块205和累加器206组成。PGA的放大信号输出送给数字基带模块，数字基带模块的输出反馈信号经数模转换器203控制VGA的放大增益，从而提供PGA的放大量。本发明将摒弃传统结构不能处理由于输入信号过大导致射频放大器饱和的问题，提出一种射频自动增益控制放大器，在最大限度利用硬件资源的基础上，在射频前端就对信号进行处理，过小的信号就放大，同时前端提供低的噪声，过大的信号就减少，并提高系统的线性度，减少电路开销和功耗，提高系统的性能，以及射频接收机的灵敏度，还能降低设备功耗和体积，节约成本。本发明的一种射频自动增益控制放大器，可适用于多中应用的射频芯片，尤其适合于有大动态输入范围信号的应用。本发明的上述目的是通过下面的技术方案来实现射频自动增益控制放大器，其在于射频自动增益控制放大器简称射频AGC放大器包括射频接收单元和射频放大控制单元以及中频放大器；其中所述射频接收单元由一个增益可调低噪声放大器LNA，一个可调增益放大器PGA，一个下变频混频器以及一个低通滤波器构成；增益可调低噪声放大器电路的输入端连接射频输入信号RFinput,增益可调低噪声放大器的输出端连接可调增益放大器的输入端，可调增益放大器的输出端连接混频器的输入端，混频器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接射频放大控制单元输入端以及下一级数字基带处理芯片的输入端；增益可调低噪声放大器LNA和可调增益放大器PGA的控制端连接射频放大控制单元的控制信号输出端；所述射频放大控制单元为AGC控制模块，其输入端连接射频接收单元的低通滤波器的输出端，其二个输出端对应连接增益可调低噪声放大器LNA的控制端以及可调增益放大器PGA的控制端，用于实现对射频接收单元接收增益的控制；
所述中频放大器的输入端连接射频接收单元的低通滤波器的输出端，其输出端连接下一级数字基带处理芯片，用于对低通滤波器输出的中频信号进行放大；所述射频接收单元和射频放大控制单元以及中频放大器均为差分电路结构。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述射频放大控制单元的电路组成包括信号强度检测器RSSI，数模转换器DAC，比较器以及解调器Decoder ;其中所述信号强度检测器RSSI是信号强度指示电路，用来检测和指示中频信号的强度；所述数模转换器DAC，用于将参考信号转换为固定的模拟信号电压；所述比较器为二输入端比较器，用于将信号强度检测器输出电压与DAC输出的固定信号电压作比较，输出一个比较结果； 所述解调器Decoder为数字解调电路，用于将比较器输入的数字信号进行处理后译码输出控制增益可调低噪声放大器LNA和可调增益放大器PGA的具体增益大小的控制信号;信号强度检测器RSSI的输入端连接低通滤波器的输出端，其输出端连接比较器的信号输入端，数模转换器DAC的输出端连接比较器的固定参考电压输入端，解调器Decoder的输入端连接比较器的输出端,解调器Decoder的二个输出端对应连接LNA和PGA的控制端。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述增益可调低噪声放大器由输入放大级，负载回路，噪声减少电感和低噪声旁路结构组成；低噪声旁路结构包括二路串联连接的旁路电阻R5和R6旁路开关管R5和M3、R6和M4，二路串联连接的旁路电阻和旁路开关管的二端对应并接在二路差分输入端与差分输出端=VinN与VinP、VtotN与VotP之间，旁路开关管M3和M4的控制端连接旁路控制信号Vctrll ;低噪声旁路结构还包括一个偏压短路开关管M5,偏压短路开关管M5并接在主放大级的输入管Ml和M2栅极的偏置电压端Biasl与地之间，短路开关管M5的控制端连接旁路控制信号Vctrll ;旁路开关管和短路开关管同时受控于旁路控制信号，控制主放大级二路差分输入端与差分输出端之间通过旁路开关管接入一个旁路电阻R5、R6，同时控制主放大级输入管栅极偏置电压直接通过短路开关管接地，使主放大级输入管Ml和M2关断，用于控制大输入信号在主放大级以零增益和低噪声经旁路结构输出，实现一级低噪声放大器提供零增益或固定增益匕两种增益值的可控粗调选择Gl值数倍于可调增益放大器PGA的增益步进值。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述可调增益放大器包括若干个可变增益放大级电路；每个可变增益放大级都有增益控制端，每个可变增益放大级的增益控制端连接射频放大控制单元的同一个控制信号输出端，该控制信号为数字控制信号；若干个可变增益放大级电路为差分串联连接结构，两路射频差分输入信号连接第一级可变增益放大级电路的两个差分输入端，末级可变增益放大级电路的两个差分输出端连接射频放大控制单元输入端以及数字基带芯片差分输入端；每个可变增益放大级为相同的固定增益值即可调增益放大器的增益步进值Gs，可调增益放大器的最大增益值为mGs，m为大于2的正整数。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述的信号强度检测器为信号强度检测量化电路，它由幅度检测电路和比较器电路以及DAC电路共同构成；输入幅度检测电路的中频信号IFInput连接幅度检测电路的输入端，幅度检测电路的输出端连接比较器的比较信号输入端，DAC的二个参考电压VL、VH的输出端连接比较器的二个参考信号输入端，比较器的输出端形成信号强度检测量化值。根据比较器的输出端形成信号强度检测量化值可以区分为三个区间量化值小于设定参考电压VL为过小区，量化值处于设定参考电压VL与VH之间为稳定区，量化值大于设定参考电压VH为过大区。当量化值处于过小区时，通过增益控制数字模块控制增益可调低噪声放大器的增益和可调增益放大器的增益增加；当量化值处于过大区时，通过增益控制数字模块控制增益可调低噪声放大器的增益和可调增益放大器的增益减小；当量化值处于参考电压VL与VH之间的稳定区时，认定输出信号的幅度满足要求，通过增益控制数字模块控制增益可调低噪声放大器的增益和可调增益放大器的增益不变。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述幅度检测电路由幅度检测单元、多级级联的限幅放大电路和电压加法电路构成，每级限幅放大电路输出对应连接检测的幅度检测单元的检测信号端，幅度检测单元的输出端连接电压加法电路，电压加法电路的输出端为幅度检测电路的输出端；幅度检测单元用于检测出每级限制幅度放大电路的输出大 小，再通过电压加法电路相加，得到能够反应输出信号幅度大小的电压信号。幅度检测电路的每级固定增益限幅放大电路的输出端都连接幅度检测电路，输入信号经过每级固定增益限幅放大电路逐级放大到饱和失真，由幅度检测单元检测到导致输出信号失真的那级固定增益幅放大电路，根据其在放大链的级联数电压累加给出相应的幅度检测电压，对于不同输入幅度的信号，幅度检测电路输出不同的幅度检测电压。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述的比较器电路为2bit数字比较器，输入连接信号强度检测器的输出端口，将信号强度的输出电压与两个高低不同的电压比较，得到2bit的数字输出信号，采用比较的结果表征信号强度输出电压的大小，当比较器输出11表示信号强度大于高电压VH，当比较器的输出10表示信号强度满足要求在VL和VH之间，当比较器的输出为00表示信号强度不满足设定要求小于VL。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述增益控制数字模块为反馈控制回路，将比较器的输出数字结果反馈控制之前的增益可变单元的增益大小和增益可调低噪声放大器的高低增益变化。输入信号首先经过增益可调低噪声放大器和增益可放大器放大电路放大，再经过混频器下变频到中频，经过滤波器滤波，再由强度检测电路检测出信号强度的大小，将此信号与参考电平VH和VL比较，最后再经由增益控制数字模块反馈控制增益可调低噪声放大器和可调增益放大器的增益大小。所述的射频自动增益控制放大器，其在于所述低通滤波器为四阶低通滤波器结构结构，由电阻负反馈和电容以及放大器单元构成，其输入端接收来自混频器的输出信号，滤除信号中的高频成分。保证中频信号不会被射频信号淹没，避免中频增益放大电路因过大射频信号而进入无法放大中频信号的饱和状态。所述的射频自动增益控制放大器，其中特征在于所述的增益控制数字模块的控制信号端连接增益可调低噪声放大器和可调增益放大器的增益控制端，增益控制数字模块输出的控制信号对增益可调低噪声放大器和可调增益放大器的增益实行有序控制，增益可调低噪声放大器的固定增益值和可调增益放大器增益步进值Gs为内部设计固定值，& =nGs，n为大于2的正整数。调节增益增加过程是增益控制数字模块调节增益可调低噪声放大器和可调增益放大器增益的有序控制过程。当需要减少增益时，首先控制可调增益放大器电路的增益步进减小，若可调增益放大器的电路增益已减到最小时，则控制增益可调低噪声放大器减少增益，再控制可调增益放大器的增益步进减小，直到输出信号的幅度满足要求，增益控制数字模块控制增益可调低噪的增益步进增大声放大器的增益和可调增益放大器的增益不变。当需要增加增益时，首先控制可调增益放大器电路的增益步进增大，若可调增益放大器的电路增益已增到最大时，则控制增益可调低噪声放大器增加增益，同时控制可调增益放大器的增益减最到小，再控制可调增益放大器的增益步进减小，直到输出信号的幅度满足要求，增益控制数字模块控制增益可调低噪的增益步进增大声放大器的增益和可调增益放大器的增益不变。本发明的实质性效果 I、本发明在射频前端就对信号作反馈控制处理可以对输入大信号快速相应，克服已有技术中频端反馈控制中频放大器存在的适合于输入信号动态范围较小、输入信号大时信噪比降低、固定射频前端不能满足高线性度要求导致射频放大器饱和以及不能最大限度利用硬件资源的缺陷。2、本发明射频前端根据输入信号的大小，灵活的改变射频前端主要指标的关注点，应用不同系统可以按照不同系统的要求自动调节大信号相应调节线性度，小信号关注噪声系数，实现优化系统设计，提高系统信噪比。3、本发明采用的射频自动控制电路，不需要其他的外加元件，也不需要基带反馈控制，提高接收系统的稳定性和反应速度。4、本发明的射频自动增益控制放大器，适合于需要大动态范围输入条件工作的接收机。
图I为传统的射频模拟AGC控制方式电路原理框图。图中101为可调增益放大器，102为峰值检测器，103为一个对数放大器，104为低通滤波器，105为相关器，Vief为输入的参考电压。图2为传统的射频数字PGA控制电路原理框图。图中21为射频前端PGA，202为数字基带芯片，201为多级级联的可调增益放大器VGA, 202为模拟数字转换器ADC，203为数模转换器DAC，204为为数字比较器，205为数字信号处理模块，206为累加器。图3为本发明实施例的射频自动增益控制放大器的电路构成框图；图3中31为增益可调低噪声放大器，32为可调增益放大器，33为下变频混频器MIX, 34为低通滤波器LPF，35为AGC控制模块，其中301为解调器，302为数模转换器DAC，303为比较器，304为强度检测电路RSSI。低噪声放大器31的输入接射频输入，34低通滤波器给出中频输出信号。图4为本发明的一个实施例的数字电视射频前端芯片构成框图；图4中41为射频增益可调低噪声放大器，42为射频可调增益放大器，43为RF AGC控制模块，44和45为下变频混频器MIX，46和47为低通滤波器LPF，48和49为中频自动增益控制放大器BB-AGC，Vinn和Vinp为频增益可调低噪声放大器41的I，Q两路正交射频信号输入，Votn和Vtotp为51和52中频自动增益控制放大器的I，Q两路正交中频信号输出。图5为本发明实施例射频自动增益控制放大器的增益可调低噪声放大器的电路结构框图；图5中Ml和M2为差分输入级，Cl和C2为隔离直流的电容，LI和L2为负载电感，Rl和R2为偏置电阻提供偏置电压，R3和R4为负载电阻，R5，R6为旁路电阻，M3，M4为旁路开关管，L3为噪声减少电感，M5为短路开关管，VinN和VinP为差分输入端，VtotN和VtotP为差分输出端，Biasl为偏置电压输入端，Vctrll为旁路控制信号。图6a为本发明实施例的信号强度检测器的电路结构框图；图6a中61为幅度检测电路，62为比较器，63为DAC，VH和VL为分区设置的比较 电压。图6b为本发明实施例中的输入电压与由强度检测电路检测出的输出电压之间的关系不意图；图6b中横坐标图4中增益可调低噪声放大器41的射频输入信号Vin,纵坐标表不图4中低通滤波器46的输出信号Vout,图6c为本发明实施例中信号强度检测器中的幅度检测电路图6c中61为限幅放大器，602 605为限幅放大级I 限幅放大级4，62为幅度检测单元，由606 610幅度检测级I 幅度检测级4，63为电压相加电路。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。第一实施例图3给出了本发明实施例的射频自动增益控制放大器的电路构成框图。结合图3说明本发明中自动增益控制模式实现过程。射频输入信号RFinput输入增益可调低噪声放大器31，经过增益可调低噪声放大器31的放大，输入到射频可调增益放大器32，可调增益放大器32输出的放大信号在下变频混频器33与本振信号变频为包括中频信号的射频信号，该射频信号通过低通滤波器34滤除高频后，输出中频信号IFoutput。另一方面，中频输出信号IFoutput通过AGC控制模块35中的强度检测电路304与由数模转换器302产生的参考电压比较，由比较器303得到比较后的数字信号，送解调器301对比较器303的输出进行判断，如果比较器输出为11，表示高于高的参考电压VH，增益过大需要减小，比较器输出为00，表示低于低的参考电压VL，增益过小需要增加，除此之外比较器输出为10都表示增益满足设定要求不需要增加或是减少，解调器301根据判断比较器输出结果产生有序控制增益可调低噪声放大器31和射频可调增益放大器32增益调整的控制信号。如果比较器输出为11即输出信号幅度过大，反馈回路首先控制射频可调增益放大器32减少增益，如果射频可调增益放大器32的增益已经最小，就控制增益可调低噪声放大器31减少增益，同时设置射频可调增益放大器32的增益为最大，然后再继续减少射频可调增益放大器32的增益大小。如果比较器输出为00即输出信号幅度过小，反馈首先控制射频可调增益放大器32的增益增加，如果射频可调增益放大器32的增益已经最大，控制增益可调低噪声放大器31的增益增加，同时设置32射频可调增益放大器32的增益为最小，然后再继续增加射频可调增益放大器32的增益大小，如果信号的大小正处于设计的稳定区幅度范围内，则保持增益可调低噪声放大器31和射频可调增益放大器32增益值不变。自动增益控制实现主要是需要对过大的输入信号减少，过小的输入信号放大的过程，其中AGC控制模块起到对放大后的输入信号进行幅度检测后量化反馈控制的作用，AGC控制模块中的RSSI幅度检测电路能对中频信号幅度进行检测输出得到对应于信号幅度的模拟量化电压大小，比较器能对幅度检测电路的输出电压进行量化，量化的高低参考电压由DAC提供，比较器的输出为两比特数字信号，两比特数字信号表征了此时的输出电压是否超过或小于设定要求，解码器301根据这两比特数字信号可以得出是否需要增加或是减少射频放大电路的增益，如果需要增加增益，解码器301就在原有的译码增益数字控制值上步进增加增益，再将新的译码增益数字控制值输出给射频放大器电路控制其增益大小，如果需要减小增益，解码器301就在原有的译码增益数字控制值上步进减小增益，再将新的译码增益数字控制值输出给射频放大器电路控制其增益大小。第二实施例 图4给出了本发明实施例的一种射频自动增益控制放大器，该实施例是本发明应用于一种数字电视射频前端芯片的射频自动增益控制放大器构成框图的电路框图。由41增益可调低噪声放大器，42射频可调增益放大器，44，45下变频混频器，46，47低通滤波器，51强度检测电路RSSI以及43射频自动增益数字控制器组成射频自动增益控制环路，输入信号V 输入到增益可调低噪声放大器41，经过增益可调低噪声放大器41的放大，输入到射频可调增益放大器42，经过射频可调增益放大器42的放大，然后通过下变频混频器44变频到中频，中频信号通过低通滤波器46滤波后，再由中频自动增益控制电路48放大后输出。其中低通滤波器46的输出经过信号强度检测电路50检测，得到与输出信号幅度相关的输出电压信号，提供给射频AGC数字控制器43进行判断和处理，射频AGC数字控制器43根据处理的结果，给出控制增益可调低噪声放大器41和射频可调增益放大器42的控制信号。图4给出的射频自动增益放大器为差分输出结构的电路，给出的射频自动增益控制环路为单路结构的电路。在本实施例中，射频自动增益放大器的主要功能是(1)控制增益可调低噪声放大器41的增益保证对输入信号工作于线性放大，射频电路的前端的噪声系数不会过大。(2)控制增益可调低噪声放大器和射频增益可变放大器的增益，保证在强输入信号条件下，射频前端电路中的增益可调低噪声放大器41，下变频混频器44以及低通滤波器46的电路不会由于输入信号过大而工作于饱和状态。图4中的低通滤波器46和47的输出的中频信号送中频自动增益控制放大器BB-AGC48和49作中频放大后，射频自动增益控制放大器输出的中频差分信号送到片外的数字基带处理芯片。图5给出第二实施例射频自动增益控制放大器中的一级差分的增益可调低噪声放大级电路构成图。该增益可调低噪声放大器包括由Ml和M2构成的差分主放大级，LI和R3以及L2和R4构成的差分主放大级Ml与M2的负载回路，由隔离直流电容Cl和C2及噪声减少电感实现的噪声降低结构，以及由旁路电阻R5和R6串联旁路开关管M3和M4构成的低噪声旁路结构通路。主放大级差分输入管Ml和M2，差分输入端VinN和VinP经隔离直流电容Cl和C2各自对应连接在与Ml和M2的栅极，负载回路LI和R3、L2和R4各自对应连接在差分输入级Ml、M2的漏极与电源VDD之间，Ml和M2的源极并联连接噪声减少电感L3的一端，L3的另一端接地，偏置电阻Rl，R2的一端分别连接Ml和M2的栅极，R1，R2的另一端并接在偏置电压Biasl端，为Ml和M2提供偏置电压。偏置电压Biasl端与地之间并接一个短路开关管M5。由旁路电阻R5和旁路开关管M3、旁路电阻R6和旁路开关管M4串联连接构成二路低噪声旁路通路，对应连接在差分输入端与输出之间。旁路开关管M3和M4及短路开关管M5的栅极连接旁路控制信号Vctrl，Vctrl是来自射频AGC控制模块输出的增益控制信号。Vctrl控制旁路开关管M3和M4导通时，将大输入信号直接旁路输出，同时Vctrl控制短路开关管M5导通，将控制主放大级的栅极偏置电压Biasl直接通过短路开关管M5接地，使得主放大级Ml和M2的栅极电压为零，Ml和M2晶体管关断，低噪声放大器增益为零。当Vctrl控制旁路开关管M3和M4以及短路开关管M5关闭时，低噪声放大器增益为固定增益值&，从而，用一级低噪声放大器实现零增益和增益值&两种固定增益可调的控制。。该增益可调低噪声放大器由包括差分输入放大管Ml和M2以及Ml的负载回路LI和R3、M2的负载回路L2和R4，以及偏置电路和用于控制偏置电压的M5开关的主放大级Ml 和M2的通路，负反馈的噪声减少电感L3和包括旁路电阻R5，R6和开关管M3，M4的旁路通路组成，用于为输入信号提供二个固定增益放大选择功能，其中连接放大级源极的负反馈电感L3用于降低放大级的噪声系数，并提高放大级的线性度，低噪声旁路通路的旁路开关管M3，M4的栅极连接增益控制信号VctrlI，控制信号Vctrll控制旁路开关管M3和M4的通断实现主放大通路中电流结构的分离，控制信号同时控制主放大通路中放大级的偏置电压的短路开关管M5，当旁路开关管导通时，主放大通路中放大级接通偏置电压而工作在固定增益放大状态，并接通旁路通路。当输入信号为大信号时，控制信号Vctrll控制旁路开关管断开，主放大通路中的放大管的偏置电压被置为零，此时主放大通路关闭，大信号以零增益直接通过旁路通路输出给后级可调增益放大器的输入端，输出的信号因不被放大而保持良好的线性度，降低放大级的噪声系数。第三实施例图6a为本发明第二个实施例的信号强度检测器的电路结构框图，给出本发明应用实施例的强度检测电路的输出信号与VH和VL信号比较，产生数字控制信号的构成框图。VH和VL为提供比较器62实现分区判定所需要的比较电，比较器62的三个输入端分别来自幅度检测电路61的输出电压以及DAC输出的VH以及VL电压。幅度检测电路61的输出信号以及由ADC数模转换器63产生的VH和VL参考电压信号，同时输入到比较器62的三个输入端，比较器62根据三个电压信号的比较结果，给出2比特的输出信号码。表I为比较器2比特的输出信号码表表I
输出信号码 iiΓ Π Poi
比较结果增益过大增益合适增益过小:表中输出信号码01是不会出现的情况。图6a给出了对于输入信号通过射频放大电路放大，混频器混频再通过滤波器输出后处于三种情况的具体表示，类似于上述的说明，其中当射频放大电路放大，混频器混频再通过滤波器输出处于过小区时表示电路的增益还可以继续增加，对应于图4中比较器的输出信号码为00，当射频放大电路放大，混频器混频再通过滤波器输出处于稳定区时表示电路的增益正好处于要求的设定范围，对应于图4中比较器的输出信号码为10，当射频放大电路放大，混频器混频再通过滤波器输出处于过大区时表示电路的增益需要减小以保证过大的信号不会使得射频的前端的电路饱和，对应于图4中比较器的输出为11。根据这样的比较结果可以控制射频前端的增益达到既能得到最优的噪声系数，又不会饱和信号前端的目的。图6b示出了本发明实施例中的输入电压与由强度检测电路检测出的输出电压之间的关系。图中“过小区”表示当输入信号放大后，放大的输出电压小于VL，这时幅度检测放大电路检测到的电压与VL的比较结果为低，表示这时的电路增益还可以继续增加。图中“稳定区”表示当输入信号放大后，放大的输出电压大于VL，小于VH，这时幅度检测放大电路检测到的电压与VL的比较结果为高而与VH的比较结果为低，表示这时的电路增益需要保持目前的增益值不变。图中“过大区”表示当输入信号放大后，放大的输出电压大于VH，这时幅度检测放大电路检测到的电压与VH的比较结果为高，表示这时的电路增益需要减少。 图6c给出本发明实施例中的幅度检测电路的构成框图。如图6c所示实施例中m值为4。幅度检测电路由限幅放大电路61，幅度检测电路单元62以及电压相加电路63构成。限幅放大电路61包括四级级联的限幅放大级602 605，幅度检测电路单元62包括四级级联的幅度检测级606 610，每级的限幅放大级的差分输出端连接对应一级的幅度检测级的差分输入端，每级幅度检测级的差分输出端连接电压相加电路63的输入端，电压相加电路63的输出端为最后的幅度检测电路输出。由滤波器输出的中频信号通过四级级联的限制幅度的放大电路放大后达到饱和，每一级的限幅放大级的输出都通过幅度检测电路的检测得到一个与幅度相关的电压信号的输出，63电压相加电路将62中每个幅度检测电路的输出进行相加运算，得到一个能表征输入信号幅度大小的电压信号，此电压信号的大小直接就表征了输入信号的大小。本领域技术人员可以理解，在不背离本发明广义范围的前提下，对上述实施例作出若干改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例。其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。
权利要求
1.射频自动增益控制放大器，其特征在于射频自动增益控制放大器简称射频AGC放大器包括射频接收单元和射频放大控制单元以及中频放大器；其中 所述射频接收单元由一个增益可调低噪声放大器LNA，一个可调增益放大器PGA，一个下变频混频器以及一个低通滤波器构成；增益可调低噪声放大器电路的输入端连接射频输入信号RFinput,增益可调低噪声放大器的输出端连接可调增益放大器的输入端，可调增益放大器的输出端连接混频器的输入端，混频器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接射频放大控制单元输入端以及下一级数字基带处理芯片的输入端；增益可调低噪声放大器LNA和可调增益放大器PGA的控制端连接射频放大控制单元的控制信号输出立而; 所述射频放大控制单元为AGC控制模块，其输入端连接射频接收单元的低通滤波器的输出端，其二个输出端对应连接增益可调低噪声放大器LNA的控制端以及可调增益放大器PGA的控制端，用于实现对射频接收单元接收增益的控制； 所述中频放大器的输入端连接射频接收单元的低通滤波器的输出端，其输出端连接下一级数字基带处理芯片，用于对低通滤波器输出的中频信号进行放大； 所述射频接收单元和射频放大控制单元以及中频放大器均为差分电路结构。
2.根据权利要求I所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述射频放大控制单元的电路组成包括信号强度检测器RSSI，数模转换器DAC，比较器以及解调器Decoder ；其中 所述信号强度检测器RSSI是信号强度指示电路，用来检测和指示中频信号的强度； 所述数模转换器DAC，用于将参考信号转换为固定的模拟信号电压； 所述比较器为二输入端比较器，用于将信号强度检测器输出电压与DAC输出的固定信号电压作比较，输出一个比较结果； 所述解调器Decoder为数字解调电路，用于将比较器输入的数字信号进行处理后译码输出控制增益可调低噪声放大器LNA和可调增益放大器PGA的具体增益大小的控制信号；信号强度检测器RSSI的输入端连接低通滤波器的输出端，其输出端连接比较器的信号输入端，数模转换器DAC的输出端连接比较器的固定参考电压输入端,解调器Decoder的输入端连接比较器的输出端，解调器Decoder的二个输出端对应连接LNA和PGA中的一个控制端。
3.根据权利要求I所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述增益可调低噪声放大器由主放大级，负载回路，噪声减少电感和低噪声旁路结构组成；低噪声旁路结构包括二路串联连接的旁路电阻和旁路开关管，二路串联连接的旁路电阻和旁路开关管的二端对应并接在二路差分输入端与差分输出端之间，旁路开关管的控制端连接旁路控制信号；低噪声旁路结构还包括一个偏压短路开关管，偏压短路开关管并接在主放大级的输入管栅极的偏置电压端与地之间，短路开关管的控制端连接旁路控制信号；旁路开关管和短路开关管同时受控于旁路控制信号，控制主放大级二路差分输入端与差分输出端之间通过旁路开关管接入一个旁路电阻，同时控制主放大级输入管栅极偏置电压直接通过短路开关管接地，使输入管关断，用于控制大输入信号在主放大级以零增益和低噪声经旁路结构输出，实现一级低噪声放大器提供零增益或固定增益匕两种增益值的可控粗调选择&值数倍于可调增益放大器PGA的增益步进值。
4.根据权利要求I所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述可调增益放大器包括若干个可变增益放大级电路；每个可变增益放大级都有增益控制端，每个可变增益放大级的增益控制端连接射频放大控制单元的同一个控制信号输出端，该控制信号为数字控制信号； 若干个可变增益放大级电路为差分串联连接结构，两路射频差分输入信号连接第一级可变增益放大级电路的两个差分输入端，末级可变增益放大级电路的两个差分输出端连接射频放大控制单元输入端以及数字基带芯片差分输入端；每个可变增益放大级为相同的固定增益值即可调增益放大器的增益步进值Gs，可调增益放大器的最大增益值为mGs，m为大于2的正整数。
5.根据权利要求2所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述的信号强度检测器为信号强度检测量化电路，它由幅度检测电路和比较器电路以及DAC电路共同构成； 输入幅度检测电路的中频信号IFInput连接幅度检测电路的输入端，幅度检测电路的输出端连接比较器的比较信号输入端，DAC的二个参考电压VL、VH的输出端连接比较器的二个 参考信号输入端，比较器的输出端形成信号强度检测量化值。
6.根据权利要求5所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述幅度检测电路由幅度检测单元、多级级联的限幅放大电路和电压加法电路构成，每级限幅放大电路输出对应连接检测的幅度检测单元的检测信号端，幅度检测单元的输出端连接电压加法电路，电压加法电路的输出端为幅度检测电路的输出端；幅度检测单元用于检测出每级限制幅度放大电路的输出大小，再通过电压加法电路相加，得到能够反应输出信号幅度大小的电压信号。
7.根据权利要求2所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述的比较器电路为2bit数字比较器，输入连接信号强度检测器的输出端口，将信号强度的输出电压与两个高低不同的电压比较，得到2bit的数字输出信号，采用比较的结果表征信号强度输出电压的大小，当比较器输出11表示信号强度大于高电压VH，当比较器的输出10表示信号强度满足要求在VL和VH之间，当比较器的输出为00表示信号强度不满足设定要求小于VL。
8.根据权利要求2所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述增益控制数字模块为反馈控制回路，将比较器的输出数字结果反馈控制之前的增益可变单元的增益大小和增益可调低噪声放大器的高低增益变化。
9.根据权利要求I所述的射频自动增益控制放大器，其特征在于所述低通滤波器为四阶低通滤波器结构结构，由电阻负反馈和电容以及放大器单元构成，其输入端接收来自混频器的输出信号，滤除信号中的高频成分。
10.根据权利要求2-9所述的射频自动增益控制放大器，其中特征在于所述的增益控制数字模块的控制信号端连接增益可调低噪声放大器和可调增益放大器的增益控制端，增益控制数字模块输出的控制信号对增益可调低噪声放大器和可调增益放大器的增益实行有序控制，增益可调低噪声放大器的固定增益值和可调增益放大器增益步进值Gs为内部设计固定值，Gl = nGs, η为大于2的正整数。
全文摘要
本发明公开一种射频自动增益控制放大器，包括射频接收单元和射频放大控制单元以及中频放大器。射频接收单元由增益可调低噪声放大器LNA，可调增益放大器PGA，下变频混频器和低通滤波器构成。射频放大控制单元包括信号强度检测器，DAC，比较器和解调器。信号强度检测器用来检测中频信号强度大小，比较器电路用来将信号强度检测器的输出信号与DAC输出的一个固定的比较电平作比较输出比较结果，解调器为增益控制数字模块，输入比较结果，输出数字控制信号，用以在射频前端对信号作反馈控制，控制LNA和PGA的增益，提高接收系统的信噪比，满足大输入信号动态范围和高线性度要求。本发明可灵活用于各种射频接收芯片，尤其适用于面向射频信号输入范围比较宽的射频前端电路。
文档编号H03F1/26GK102868369SQ20111018673
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者何晓丰 申请人:杭州中科微电子有限公司