步进式自动增益控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种步进式自动增益控制系统，包括信号开关电路，输入信号经过信号开关电路传送至可变增益放大电路，经过可变增益放大电路的放大之后传送至信号强度指示电路，信号强度指示电路对信号进行整流和滤波，并将整流和滤波后的信号传送至增益控制电路，增益控制电路判断整流和滤波后的信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则调整可变增益放大电路的增益；此外，系统还包括直流失调消除电路，可变增益放大电路包括至少一级放大器模块，直流失调消除电路判断放大器模块的输出信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则对放大器模块的输入信号进行补偿，直到放大器模块的输出信号在预设范围为止。
【专利说明】
步进式自动増益控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及无线接收机中使用的自动增益控制系统，特别是涉及一种步进式自动增益控制系统。【背景技术】
[0002]近些年来，无线通信技术的迅速发展极大地促进了社会的进步。诸如智能手机， WiFi，蓝牙等设备已经或正在成为人们日常生活中不可或缺的一部分。无线接收机是实现以上无线通信系统的关键模块。由于接收距离、发射功率和传播路径等因素的影响，接收机接收到的信号强度具有很大的变化范围。对于一个具有固定增益的接收机来说，接收处理之后的信号过大或者过小都会导致信号无法解调。因此，自动增益控制电路AGC广泛应用于各类接收机中，以实现相对恒定的信号输出幅度。然而，现有技术中的自动增益控制电路往往只检测输出信号的峰值，如图1所示，将该值数字化后，通过固定的算法直接确定即将发生作用的增益，由于工艺偏差，调节的结果总是有偏差的，灵活性不好，而且采用了模数转换，板图占用面积大。【实用新型内容】
[0003]实用新型目的:本实用新型的目的是提供一种能够准确调节增益的步进式自动增益控制系统。
[0004]技术方案:为达到此目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]本实用新型所述的步进式自动增益控制系统，包括信号开关电路，输入信号经过信号开关电路传送至可变增益放大电路，经过可变增益放大电路的放大之后传送至信号强度指示电路，信号强度指示电路对信号进行整流和滤波，并将整流和滤波后的信号传送至增益控制电路，增益控制电路判断整流和滤波后的信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则调整可变增益放大电路的增益;此外，系统还包括直流失调消除电路，可变增益放大电路包括至少一级放大器模块，直流失调消除电路判断放大器模块的输出信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则对放大器模块的输入信号进行补偿，直到放大器模块的输出信号在预设范围为止。
[0006]进一步，所述放大器模块包括全差分运算放大器，直流失调消除电路包括至少一个直流失调消除模块，直流失调消除模块与全差分运算放大器一一对应;直流失调消除模块包括第一开关、第二开关、滤波器、电压比较器、控制单元和电流补偿单元，全差分运算放大器的反相输出端输出电压经过第一开关送至滤波器，全差分运算放大器的正相输出端输出电压经过第二开关送至滤波器，经过滤波器滤波处理后的反相输出端输出电压送至电压比较器的正相输入端，经过滤波器滤波处理后的正相输出端输出电压送至电压比较器的反相输入端，电压比较器的比较结果输出给控制单元，控制单元根据比较结果判断是否需要进行电流补偿，如果需要，则控制电流补偿单元对全差分运算放大器的正相输入端或反相输入端进行电流补偿。
[0007]进一步，所述放大器模块还包括第一可变电阻和第二可变电阻；其中，第一可变电阻的一端连接全差分运算放大器的同相输入端，第一可变电阻的另一端连接全差分运算放大器的反相输出端，第二可变电阻的一端连接全差分运算放大器的反相输入端，第二可变电阻的另一端连接全差分运算放大器的同相输出端。[00〇8]进一步，所述电流补偿单元包括多个电流补偿子单元，电流补偿子单元包括N沟道 M0S管、第一电流补偿控制开关和第二电流补偿控制开关，N沟道M0S管的栅极输入偏置电压 VB，N沟道M0S管的源极接地，N沟道M0S管的漏极分别连接第一电流补偿控制开关的一端和第二电流补偿控制开关的一端，第一电流补偿控制开关的另一端连接全差分运算放大器的反相输入端，第二电流补偿控制开关的另一端连接全差分运算放大器的同相输入端。
[0009]进一步，所述增益控制电路包括第一比较器、第二比较器和跟踪控制模块，信号强度指示电路输出的信号分别传送至第一比较器和第二比较器，第一比较器将信号强度指示电路输出的信号与第一基准电压进行比较后将比较结果输出给跟踪控制模块，第二比较器将信号强度指示电路输出的信号与第二基准电压进行比较后将比较结果输出给跟踪控制模块，跟踪控制模块控制放大器模块中的第一可变电阻和第二可变电阻的阻值，以调整放大器模块的增益。
[0010]进一步，所述信号强度指示电路包括全波整流器和低通滤波器，经过可变增益放大电路的放大之后的信号输入全波整流器的输入端，经过全波整流器的整流处理后输出给低通滤波器，经过低通滤波器的滤波处理后输出给增益控制电路。
[0011]进一步，所述全波整流器包括非平衡源耦合差分对。
[0012]进一步，所述跟踪控制模块采用步进式增益控制字算法，增益控制的步长为ldB。
[0013]有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果:
[0014]1)本实用新型采用了增益控制电路，能够通过判断整流和滤波后的信号来调整可变增益放大电路的增益，从而构成反馈式自动增益控制系统，调节速度适中，能够准确调节增益，满足接收信号的强度变化频率要求；
[0015]2)本实用新型采用了直流失调消除模块，能够对放大器模块的输入信号进行补偿，从而有效消除直流失调;并且直流失调消除模块与全差分运算放大器一一对应，从而能够对各个全差分运算放大器进行单独的电流补偿；
[0016]3)本实用新型的全波整流器采用了非平衡源耦合差分对，有效减小了板图面积。【附图说明】
[〇〇17]图1为传统的自动增益控制电路；
[0018]图2为本实用新型的系统结构图；
[0019]图3为本实用新型的直流失调消除模块的结构示意图；
[0020]图4为本实用新型的电流补偿单元的电路图。【具体实施方式】
[0021]下面结合【具体实施方式】对本实用新型的技术方案作进一步的介绍。
[0022]本实用新型公开了一种步进式自动增益控制系统，如图2所示，包括信号开关电路 1，输入信号经过信号开关电路1传送至可变增益放大电路2,经过可变增益放大电路2的放大之后传送至信号强度指示电路4,信号强度指示电路4对信号进行整流和滤波，并将整流和滤波后的信号传送至增益控制电路5,增益控制电路5判断整流和滤波后的信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则调整可变增益放大电路2的增益;此外，系统还包括直流失调消除电路3,可变增益放大电路2包括至少一级放大器模块，直流失调消除电路3判断放大器模块的输出信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则对放大器模块的输入信号进行补偿，直到放大器模块的输出信号在预设范围为止。其中，跟踪控制模块53采用步进式增益控制字算法，增益控制的步长为ldB。
[0023]本实用新型采用了信号开关电路1，信号开关电路1的输入信号便是来自自动增益控制系统前一级的待处理信号。当直流失调消除电路3进入工作前，先关闭信号开关电路1， 输入信号的共模分量导通。直流失调消除电路3完成工作后，输入信号共模分量从通道中断开，输入信号进入信号开关电路1。[0〇24]以其中一个放大器模块为例，放大器模块包括全差分运算放大器0P-AMP1、第一可变电阻Rfbl、第二可变电阻Rfb2、第一电阻Rffl和第二电阻Rff2。第一可变电阻Rfbl的一端连接全差分运算放大器0P-AMP1的同相输入端，第一可变电阻Rfbl的另一端连接全差分运算放大器0P-AMP1的反相输出端，第二可变电阻Rfb2的一端连接全差分运算放大器0P-AMP1 的反相输入端，第二可变电阻Rfb2的另一端连接全差分运算放大器0P-AMP1的同相输出端， 第一电阻Rffl的一端连接全差分运算放大器0P-AMP1的同相输入端，第一电阻Rffl的另一端连接其他全差分运算放大器的反相输出端或者信号开关电路1，第二电阻Rff2的一端连接全差分运算放大器0P-AMP1的反相输入端，第二电阻Rff2的另一端连接其他全差分运算放大器的同相输出端或者信号开关电路1。
[0025]直流失调消除电路3包括至少一个直流失调消除模块，直流失调消除模块与全差分运算放大器一一对应。以其中一个直流失调消除模块为例，如图3所示，直流失调消除模块包括第一开关S1、第二开关S2、滤波器F1、电压比较器VC1、控制单元31和电流补偿单元 32,全差分运算放大器OP-AMP 1的反相输出端输出电压经过第一开关S1送至滤波器F1，全差分运算放大器0P-AMP1的正相输出端输出电压经过第二开关S2送至滤波器F1，经过滤波器 F1滤波处理后的反相输出端输出电压送至电压比较器VC1的正相输入端，经过滤波器F1滤波处理后的正相输出端输出电压送至电压比较器VC1的反相输入端，电压比较器VC1的比较结果输出给控制单元31，控制单元31根据比较结果判断是否需要进行电流补偿，如果需要， 则控制电流补偿单元32对全差分运算放大器0P-AMP1的正相输入端或反相输入端进行电流补偿，直到电压比较器VC1的比较结果翻转或者已到达最大补偿电流才停止电流补偿。由此可见，本实用新型能够通过各个直流失调消除模块中的电压比较器的输出结果，判断出在哪一级全差分运算放大器的输入端需要进行电流补偿。
[0026]电流补偿单元32包括多个电流补偿子单元321，如图4所示，电流补偿子单元321包括N沟道M0S管M1、第一电流补偿控制开关S3和第二电流补偿控制开关S4，N沟道M0S管Ml的栅极输入偏置电压VB，N沟道M0S管Ml的源极接地，N沟道M0S管Ml的漏极分别连接第一电流补偿控制开关S3的一端和第二电流补偿控制开关S4的一端，第一电流补偿控制开关S3的另一端连接全差分运算放大器的反相输入端，第二电流补偿控制开关S4的另一端连接全差分运算放大器的同相输入端。
[0027]增益控制电路5包括第一比较器51、第二比较器52和跟踪控制模块53,如图2所示，信号强度指不电路4输出的信号分别传送至第一比较器51和第二比较器52,第一比较器51 将信号强度指示电路4输出的信号与第一基准电压进行比较后将比较结果输出给跟踪控制模块53,第二比较器52将信号强度指示电路4输出的信号与第二基准电压进行比较后将比较结果输出给跟踪控制模块53,跟踪控制模块53对第一比较器51的比较结果和第二比较器 52的比较结果进行判断，如果信号强度指示电路4输出的信号介于第一基准电压与第二基准电压之间，则不需要调整放大器模块的增益，否则，跟踪控制模块53控制放大器模块中的第一可变电阻和第二可变电阻的阻值，以调整放大器模块的增益。[〇〇28] 信号强度指示电路4包括全波整流器41和低通滤波器42,如图2所示，经过可变增益放大电路2的放大之后的信号输入全波整流器41的输入端，经过全波整流器41的整流处理后输出给低通滤波器42,经过低通滤波器42的滤波处理后输出给增益控制电路5。其中， 全波整流器41包括非平衡源耦合差分对，将差分电压幅度信号经过平方运算转变为反映强度的电流信号。低通滤波器由片内电阻和片外电容组成。
【主权项】
1.步进式自动增益控制系统，其特征在于:包括信号开关电路(1)，输入信号经过信号 开关电路(1)传送至可变增益放大电路(2)，经过可变增益放大电路(2)的放大之后传送至 信号强度指示电路(4)，信号强度指示电路(4)对信号进行整流和滤波，并将整流和滤波后 的信号传送至增益控制电路(5)，增益控制电路(5)判断整流和滤波后的信号是否在预设范 围内，如果不在预设范围内，则调整可变增益放大电路(2)的增益;此外，系统还包括直流失 调消除电路(3)，可变增益放大电路(2)包括至少一级放大器模块，直流失调消除电路(3)判 断放大器模块的输出信号是否在预设范围内，如果不在预设范围内，则对放大器模块的输 入信号进行补偿，直到放大器模块的输出信号在预设范围为止。2.根据权利要求1所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述放大器模块包括全差分运算放大器，直流失调消除电路(3)包括至少一个直流失调消除模块，直流失调消除 模块与全差分运算放大器对应;直流失调消除模块包括第一开关、第二开关、滤波器、电压比较器、控制单元和电流补偿单元，全差分运算放大器的反相输出端输出电压经过第 一开关送至滤波器，全差分运算放大器的正相输出端输出电压经过第二开关送至滤波器， 经过滤波器滤波处理后的反相输出端输出电压送至电压比较器的正相输入端，经过滤波器 滤波处理后的正相输出端输出电压送至电压比较器的反相输入端，电压比较器的比较结果 输出给控制单元，控制单元根据比较结果判断是否需要进行电流补偿，如果需要，则控制电 流补偿单元对全差分运算放大器的正相输入端或反相输入端进行电流补偿。3.根据权利要求2所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述放大器模块还包 括第一可变电阻和第二可变电阻;其中，第一可变电阻的一端连接全差分运算放大器的同 相输入端，第一可变电阻的另一端连接全差分运算放大器的反相输出端，第二可变电阻的 一端连接全差分运算放大器的反相输入端，第二可变电阻的另一端连接全差分运算放大器 的同相输出端。4.根据权利要求2所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述电流补偿单元包 括多个电流补偿子单元，电流补偿子单元包括N沟道MOS管、第一电流补偿控制开关和第二 电流补偿控制开关，N沟道MOS管的栅极输入偏置电压VB，N沟道MOS管的源极接地，N沟道MOS 管的漏极分别连接第一电流补偿控制开关的一端和第二电流补偿控制开关的一端，第一电 流补偿控制开关的另一端连接全差分运算放大器的反相输入端，第二电流补偿控制开关的 另一端连接全差分运算放大器的同相输入端。5.根据权利要求3所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述增益控制电路 (5)包括第一比较器(51)、第二比较器(52)和跟踪控制模块(53)，信号强度指示电路(4)输 出的信号分别传送至第一比较器(51)和第二比较器(52)，第一比较器(51)将信号强度指示 电路(4)输出的信号与第一基准电压进行比较后将比较结果输出给跟踪控制模块(53)，第 二比较器(52)将信号强度指示电路(4)输出的信号与第二基准电压进行比较后将比较结果 输出给跟踪控制模块(53)，跟踪控制模块(53)控制放大器模块中的第一可变电阻和第二可 变电阻的阻值，以调整放大器模块的增益。6.根据权利要求1所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述信号强度指示电 路(4)包括全波整流器(41)和低通滤波器(42)，经过可变增益放大电路(2)的放大之后的信 号输入全波整流器(41)的输入端，经过全波整流器(41)的整流处理后输出给低通滤波器 (42)，经过低通滤波器(42)的滤波处理后输出给增益控制电路(5)。7.根据权利要求6所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述全波整流器(41) 包括非平衡源耦合差分对。8.根据权利要求5所述的步进式自动增益控制系统，其特征在于:所述跟踪控制模块 (53)采用步进式增益控制字算法，增益控制的步长为ldB。
【文档编号】H03G3/30GK205725672SQ201620486205
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】马力, 王志功, 徐建
【申请人】东南大学