Protel課程設(shè)計(jì)----AGC自動(dòng)增益控制電路

1、武漢理工大學(xué)Protel應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)說(shuō)明課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 周鵬 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: AGC自動(dòng)增益控制電路protel設(shè)計(jì) 初始條件： 1.模擬電子線路、數(shù)字電子線路等基礎(chǔ)知識(shí)。 2.PROTEL軟件操作。 要求完成的主要任務(wù): 1.繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch（自選）?？梢陨婕澳M、 數(shù)字、高頻、單片機(jī)、或者一個(gè)具有完備功能的電路系統(tǒng)。 2.繪制相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖*.pcb并對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真 結(jié)果（如波形*.sdf數(shù)據(jù)）并說(shuō)明是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。時(shí)間安排： 第17、18周：理論設(shè)計(jì)與仿真； 地

2、點(diǎn)：鑒主13通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室； 第19周：撰寫實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯； 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要3Abstract41 AGC電路原理51.1 AGC的工作原理51.1.1 AGC的作用5 1.1.2 AGC各單元電路的功能與基本工作原理51.2 AGC的工作過(guò)程61.3 AGC的控制特性71.3.1動(dòng)態(tài)范圍71.3.2響應(yīng)時(shí)間81.4增益控制電路82 AGC電路設(shè)計(jì)92.1信號(hào)緩沖輸入級(jí)電路102.2 直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)電路102.3 倍壓整流與反饋電路112.4總體電路設(shè)計(jì)123 Protel軟件設(shè)計(jì)133.1 protel軟件介紹133.2

3、原理圖設(shè)計(jì)133.3 編譯原理圖143.4 PCB板布局布線153.5鋪地164 Protel 對(duì)原理圖進(jìn)行仿真185 LD耦合電路Protel設(shè)計(jì)206 綜合總結(jié)24參考文獻(xiàn)25 摘 要 Protel是澳大利亞ProtelTechnology公司近10年來(lái)致力于Windows平臺(tái)開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。 最新版本的Protel軟件可以毫無(wú)障礙地讀Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名

4、EDA公司設(shè)計(jì)文件，以便用戶順利過(guò)渡到新的EDA平臺(tái)。 Protel是目前國(guó)內(nèi)流行的通用EDA軟件，它是將電路原理圖計(jì)、PCB板圖設(shè)計(jì)、電路仿真和PLD設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)用工具軟件組合后構(gòu)成的EDA工作平臺(tái)，是第一個(gè)將EDA軟件設(shè)計(jì)成基于Windows的普及型產(chǎn)品。 本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用所學(xué)電子電路的設(shè)計(jì)知識(shí)設(shè)計(jì)具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖，利用Protel99 SE軟件繪制其電路圖，對(duì)電路圖進(jìn)行仿真測(cè)試并制作相應(yīng)的PCB板。從而熟悉Protel的基本操作，加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。 本次設(shè)計(jì)的電路為AGC自動(dòng)增益控制電路protel設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：Protel AGC自動(dòng)增益 PCB Abstract

5、 Protel is Australias Protel Technology Inc. Over the past 10 years, is committed to the development of the latest Windows platform, crystallization, to realize the concept of design to the electrical output from the physical production data, as well as between all of this, validation and design dat

6、a management. Therefore todays Protel latest product is not a simple PCB (printed circuit board) design tool, but a system tool, covering to the core of the physical PCB design. The latest version of the Protel software can read without hindrance Orcad, Pads, Accel (PCAD) leading EDA companies such

7、as design documents, so that users a smooth transition to the new EDA platform. Protel is currently a popular general-purpose EDA software, it is the circuit diagram of dollars, PCB board plan design, circuit simulation and a number of practical tools for PLD design software combination constitute t

8、he EDA platforms, is the first EDA software designed the popularity of Windows-based products. Design and implantation of this program have learned the design of electronic circuit design Juyouyiding Gui Mo Zhi Shi, a certain complexity of Chengdu in the circuit schematics, using Protel99 SE softwar

9、e draw the circuit, right circuit diagram to the corresponding simulation test and make the PCB board. So familiar with the basic operation of Protel, strengthen their practical ability. The design of the circuit for AGC automatic gain controlKey words: Protel AGC automatic gain control PCB1 AGC電路原理

10、自動(dòng)增益控制（AGC）電路是無(wú)線電接收設(shè)備中的重要電路，用來(lái)保證接收幅度的穩(wěn)定。自動(dòng)增益控制（AGC）電路的作用是能根據(jù)輸入信號(hào)的電壓的大小，自動(dòng)調(diào)整放大器的增益，使得放大器的輸出電壓在一定范圍內(nèi)變化。它一般由電平檢測(cè)器（峰值檢波電路）、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。其中可控增益放大器是實(shí)現(xiàn)增益控制的關(guān)鍵。1.1 AGC的工作原理1.1.1 AGC的作用自動(dòng)增益控制電路的作用，是在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，自動(dòng)保持輸出信號(hào)幅度在很小范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路?？梢钥闯捎煞答伩刂破骱停刂疲?duì)象兩部分組成，其中反饋控制器由電平檢測(cè)器、低通濾波器、直

11、流放大器、電壓比較器和控制電壓產(chǎn)生器組成，被控對(duì)象是可控增益放大器?？煽卦鲆娣糯笃鞯妮斎胄盘?hào)就是AGC電路的輸入信號(hào).1.1.2 AGC各單元電路的功能與基本工作原理1）電平檢測(cè)器電平檢測(cè)器的功能是檢測(cè)出輸出信號(hào)的電平值，通常由振幅檢波器實(shí)現(xiàn)，它的輸出與輸入信號(hào)電平成線性關(guān)系，其輸出電壓為。2）低通濾波器環(huán)路中的低通濾波器具有非常重要的作用。由于發(fā)射功率變化、距離遠(yuǎn)近變化、電波傳播衰落等引起信號(hào)強(qiáng)度的變化是自動(dòng)增益控制電路需要進(jìn)行控制的范圍，這些變化比較緩慢，而當(dāng)輸入為調(diào)幅信號(hào)時(shí)，調(diào)幅波的幅值變化是傳遞信息的有用幅值變化這種變化不應(yīng)被自動(dòng)增益控制電路的控制作用減弱或抵消（此現(xiàn)象稱為反調(diào)制），由

12、于兩類信號(hào)的變化頻率不同，就可以恰當(dāng)選擇環(huán)路的頻率響應(yīng)特性，適當(dāng)?shù)剡x擇低通濾波器的傳輸特性，使環(huán)路對(duì)高于某一頻率的調(diào)制信號(hào)的變化無(wú)響應(yīng)，而對(duì)低于這一頻率的緩慢變化具有抑制作用。3）直流放大器直流放大器將低通濾波器輸出的電平值進(jìn)行放大后送至電壓比較器，由于電平檢測(cè)器輸出的電平信號(hào)的變化頻率很低，例如幾赫左右，所以一般均采用直流放大器進(jìn)行放大。4）控制電壓產(chǎn)生器控制電壓產(chǎn)生器的功能是將誤差電壓變換為適合可變?cè)鲆娣糯笃餍枰目刂齐妷?，這種變換可以是幅度的放大或電壓極性的變換。5）可控增益放大器 可控增益放大器的功能是在控制電壓作用下能夠改變放大器的增益。1.2 AGC的工作過(guò)程自動(dòng)增益控制電路是一個(gè)

13、反饋控制系統(tǒng)，其工作過(guò)程如下：1）當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出信號(hào)的幅度也較小，經(jīng)電平檢測(cè)器、低通濾波器、直流放大器的輸出信號(hào)加到電壓比較器上的電壓也比較小。在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，往往規(guī)定必須大于或等于，而當(dāng)時(shí)，不能改變比較器的輸出電壓，也就不可能產(chǎn)生控制電壓去控制可控增益放大器的增益，相當(dāng)于此時(shí)自動(dòng)增益控制環(huán)路不工作。也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)，0，在這種情況下，稱為比較器的門限電壓。2）當(dāng)輸入信號(hào)振幅增大使輸出信號(hào)的振幅增大時(shí)，相應(yīng)的直流放大器輸出電壓也增大，當(dāng)大于或等于基準(zhǔn)電壓，即當(dāng)時(shí)，比較器的輸出誤差電壓將改變，控制電壓將隨之改變，并控制可控增益放大器的增益，此時(shí)環(huán)路啟動(dòng)，可控增益放大器的增益隨輸出信號(hào)的

14、增大而降低，從而使輸出信號(hào)減小；反之，當(dāng)輸入電壓減小使輸出電壓減小時(shí)，環(huán)路產(chǎn)生的控制信號(hào)將使可控增益放大器的增益增加。可見，通過(guò)環(huán)路的控制作用，無(wú)論輸入電壓增加或減小，輸出信號(hào)電平僅在較小的范圍內(nèi)變化，從而保持在輸入信號(hào)變化的情況下輸出信號(hào)基本穩(wěn)定，達(dá)到自動(dòng)增益控制（AGC）或自動(dòng)電平控制（ALC）的目的。 1.3 AGC的控制特性自動(dòng)增益控制電路（AGC）有簡(jiǎn)單AGC電路和延遲AGC電路，要求稍高一點(diǎn)接收機(jī)都要求有延遲AGC。AGC電路的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)，一是動(dòng)態(tài)范圍；二是響應(yīng)時(shí)間。 1.3.1動(dòng)態(tài)范圍在給定輸出信號(hào)幅值變化的范圍內(nèi)，容許輸入信號(hào)振幅的變化越大，則表明AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍越

15、寬，性能越好。AGC電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍 （1-1） AGC電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍 （1-2）AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍就是輸入動(dòng)態(tài)范圍與輸出動(dòng)態(tài)范圍之比，也稱為放大器的增益控制倍數(shù)，用表示 （1-3） （1-4）其中，為放大器的最大電壓增益，它一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最小時(shí)；為放大器的最小電壓增益，一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最大時(shí)。 可見，要擴(kuò)大AGC電路的控制范圍，就要增大AGC電路的增益控制倍數(shù)，也就是要求AGC電路有較大的增益變化范圍。增加AGC電路控制的級(jí)數(shù)可以擴(kuò)大AGC電路的控制范圍。 1.3.2響應(yīng)時(shí)間 由于AGC電路是用來(lái)對(duì)信號(hào)電平變化進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此，要求AGC電路的動(dòng)作必須跟得上電平

16、變化的速度。響應(yīng)時(shí)間短，自然就能夠迅速跟上輸入信號(hào)電平的變化。但是當(dāng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)短時(shí)，AGC電路將隨著信號(hào)的本身變化而變化（也就是AGC電路的動(dòng)作隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化），這將對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生反調(diào)制作用，從而將導(dǎo)致信號(hào)的失真。因此，需要根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)和需要，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)間?？刹捎谜{(diào)節(jié)環(huán)路帶寬，主要是調(diào)節(jié)低通濾波器的帶。1.4增益控制電路增益控制電路即控制對(duì)象通常是一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃??？刂品糯笃髟鲆娴姆椒ㄖ饕袃深悾活愂强刂品糯笃鞅旧淼哪承﹨?shù)來(lái)控制放大器的增益；另一類是在放大器級(jí)間插入可控衰減器。利用控制放大器本身的參數(shù)改變?cè)鲆娴姆椒ㄓ卸喾N形式： 1）改變發(fā)射極平均電流晶體管放大器的增益取決

17、于晶體管正向傳輸導(dǎo)納，而又與晶體管工作點(diǎn)有關(guān)，改變發(fā)射極平均電流（或集電極平均電流），就可以使隨之改變，從而達(dá)到控制放大器增益的目的。對(duì)于反向AGC，要求隨著輸入信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流下降，導(dǎo)致放大器增益降低；對(duì)于正向AGC，則要求隨著輸入信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流上升，導(dǎo)致放大器增益降低。 2）改變放大器的負(fù)載由于放大器的增益與負(fù)載有關(guān)，調(diào)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器增益的控制。例如廣播收音機(jī)中常采用變阻二極管（或稱阻尼二極管）作為混頻級(jí)或中頻放大級(jí)集電極LC回路的一部分，隨著外加控制電壓的增加，使阻尼二極管從反向偏置逐漸變?yōu)檎蚱茫瑢?dǎo)極二極管動(dòng)態(tài)電導(dǎo)增大從而使回路有效值降低，促使放大

18、器增益顯著降低。3）差分放大器增益控制電路在集成電路放大器中，常采用差分放大器電路形式，其增益控制一般采用改變電流比、改變恒流源電流，或改變發(fā)射極負(fù)反饋深度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2 AGC電路設(shè)計(jì)AGC電路主要由輸入前級(jí)、中間直流互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放級(jí)、倍壓整流電路、反饋網(wǎng)絡(luò)組成。其中反饋網(wǎng)絡(luò)跨在直流互補(bǔ)耦合級(jí)聯(lián)放大級(jí)的前端與輸出級(jí)的前端之間，使信號(hào)自動(dòng)衰減為一定的值（小幅波動(dòng)），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。信號(hào)范圍：0.550mVrms 信號(hào)范圍： 0.51.5Vrms輸入信號(hào)輸入緩沖級(jí)級(jí)放大級(jí)，提供大部分增益輸出信號(hào)放大級(jí)前端反饋網(wǎng)絡(luò) 圖1 自動(dòng)增益控制電路框圖2.1信號(hào)緩沖輸入級(jí)電路 圖2 信號(hào)緩沖輸入級(jí)電路2.

19、2 直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)電路輸入信號(hào)VIN驅(qū)動(dòng)輸入緩沖極Q1，中間互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放大電路Q2、Q3提供大部分電壓增益，通過(guò)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)回到放大級(jí)的輸入端。Q6構(gòu)成衰減器的可變電阻部分，D1、D2構(gòu)成一個(gè)倍壓整流器。它從輸出級(jí)Q4提取信號(hào)的一部分并為Q5生成控制電壓，這種構(gòu)置可以容納非對(duì)稱信號(hào)波形的兩極性的大峰值振幅。電阻R15決定AGC的開始時(shí)間，電阻R17決定AGC的釋放時(shí)間。 圖2 直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)電路2.3 倍壓整流與反饋電路 電路工作中，當(dāng)二極管D3導(dǎo)通，D4 截止，電流經(jīng)過(guò)D3 對(duì)電路中的電容充電，將電容C11上的電壓充到接近加在D3上電壓的峰值，并基本保持不變；當(dāng)加在C11上的電壓反向時(shí)，二極

20、管D4導(dǎo)通，D3截止，此時(shí)，加在C11上的反向電壓繼續(xù)通過(guò)D4對(duì)電容C11充電，充電電壓峰值為加在D4兩端的電壓峰值。 如此反復(fù)充電，C11上的電壓就基本上就維持在加在D3、D4上的交流電壓峰值兩倍，達(dá)到倍壓效果。 圖3 倍壓整流與反饋電2.4總體電路設(shè)計(jì) 圖4 AGC總電路3 Protel軟件設(shè)計(jì)3.1 protel軟件介紹ROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)內(nèi)開始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來(lái)學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大

21、公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無(wú)硬盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到DXP 2004，是個(gè)龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并

22、具有客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。在PCB部分，除了Protel2004中的多通道復(fù)制；實(shí)時(shí)的、阻抗控制布線功能；SitusTM自動(dòng)布線器等新功能以外，Altium Designer 6.0還著重在：差分對(duì)布線，F(xiàn)PGA器件差分對(duì)管腳的動(dòng)態(tài)分配， PCB和FPGA之間的全面集成，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有PCB文件切片，PCB多個(gè)器件集體操作，在PCB文件中支持多國(guó)語(yǔ)言（中文、英文、德文、法文、日文），任意字體和大小的漢字字符輸入，光標(biāo)跟隨在線

23、信息顯示功能，光標(biāo)點(diǎn)可選器件列表，復(fù)雜BGA器件的多層自動(dòng)扇出，提供了對(duì)高密度封裝（如BGA）的交互布線功能，總線布線功能，器件精確移動(dòng)，快速鋪銅等功能。3.2 原理圖設(shè)計(jì) 先設(shè)計(jì)好刪格大小，圖紙大小，選擇公制，加好庫(kù)元件。按電路功能模塊畫好圖，元件，和線的畫法應(yīng)讓人很容易看清楚原理。盡量均勻，美觀，元件里面不要走線，注意不要在管腳中間走線，因?yàn)檫@樣是沒(méi)電器連接關(guān)系的。最好不要讓兩個(gè)元件管腳直接相連，畫完后可以自動(dòng)編號(hào)（特殊要求例外），然后加上對(duì)應(yīng)標(biāo)稱值，最好把標(biāo)稱值改為紅色，粗體，這樣可以和標(biāo)號(hào)區(qū)分開。最好把標(biāo)號(hào)和標(biāo)稱值放在合適位置，一般左邊為標(biāo)號(hào)，右邊為標(biāo)稱值，或上面為標(biāo)號(hào)，下面沒(méi)標(biāo)稱值。

24、過(guò)程中習(xí)慣性保存！ 首先保證原理圖是完全正確的，進(jìn)行ERC檢查無(wú)錯(cuò)，然后打印核對(duì)。其次最好能搞清楚電路原理，對(duì)高低壓；大小電流；模擬，數(shù)字；大小信號(hào)；大小功率分塊，以便在后面布局時(shí)方便。 圖5 原理圖設(shè)計(jì)3.3 編譯原理圖對(duì)繪制好的原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢查的設(shè)置，對(duì)原理圖進(jìn)行編譯，查找并修正錯(cuò)誤，根據(jù)需要生成各種報(bào)表，例如網(wǎng)絡(luò)表、元件報(bào)表等。編譯沒(méi)有錯(cuò)誤則可更新PCB。 圖6 更新PCB 3.4 PCB板布局布線 在印制板布線時(shí)，應(yīng)先確定元器件在板上的位置，然后布地線，電源線。在安排高速信號(hào)線，最好考慮低速信號(hào)線。元?dú)饧奈恢冒措娫措妷?，?shù)字模擬，速度快慢，電流大小等分組。安全的條件下，電源線應(yīng)

25、盡量靠近地。減小差摸輻射的環(huán)面積，也有助于減小電路的交擾。當(dāng)需要在電路板上布置快速，中速，低速邏輯電路時(shí)，高速的應(yīng)放在靠近邊緣連接器范圍內(nèi)，而低速邏輯和存儲(chǔ)器，應(yīng)放在遠(yuǎn)離連接器范圍內(nèi)。這樣對(duì)共阻抗偶合，輻射和交擾的減小都是有利的。接地最重要的了，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，調(diào)入元件，修改部分焊盤大小，設(shè)置好布線規(guī)則，可以改變標(biāo)號(hào)的大小，粗細(xì)，隱藏標(biāo)稱值。然后先把需要特殊位置的元件放好并瑣定，然后根據(jù)功能模塊布局。之后進(jìn)行手動(dòng)布線或者手動(dòng)布線，一般情況下，二者要配合使用，使布線更加合理。 圖7 生成PCB板從圖紙中可以看出導(dǎo)線分為兩種顏色，系統(tǒng)默認(rèn)上層板的布線為紅線，底層線的布線為藍(lán)色。3.5鋪地將設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽上由KeepOutLayer轉(zhuǎn)至TopLayer，再選擇工具欄上的按鈕，在會(huì)彈出的對(duì)話框中Connect to Net中選擇GND,點(diǎn)擊OK，鼠標(biāo)將變成光標(biāo)，用光標(biāo)將邊框在畫一遍，則會(huì)得到如圖8所示的PCB的頂層，同樣的操作轉(zhuǎn)至BottomLayer得到如圖9所示的PCB底層，這樣就完成了一個(gè)從原理圖到印刷電路板的設(shè)計(jì)。 圖8 PCB的頂層 圖9 PCB的底層4 Protel 對(duì)