接收機系統(tǒng)設(shè)計

1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 高線性大動態(tài)范圍寬帶接收機研究與實現(xiàn) 接收機系統(tǒng)設(shè)計接收機設(shè)計是一種綜合性的挑戰(zhàn)，首先要明確設(shè)計目的，即設(shè)計那一種接收機，不同種類接收機的設(shè)計方法是大不相同的。然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的指標要求進行全面分析，尋找出設(shè)計重點或難點，即是高靈敏度設(shè)計；或是高線性設(shè)計；或是大動態(tài)范圍設(shè)計；還是寬頻帶設(shè)計。不同的設(shè)計重點有不同的實現(xiàn)方法，根據(jù)系統(tǒng)要求的性能指標，首先要確定：1 接收機的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)的原理方框圖。確定采樣超外差式結(jié)構(gòu)，零中頻結(jié)構(gòu)，還是數(shù)字IF結(jié)構(gòu)；確定采樣本振頻率合成器的類型；確定是一次變頻還是多次變頻結(jié)構(gòu)，是否用高中頻；確定信號的動態(tài)范圍及接收機的線性度。2

2、 接收機功能電路實現(xiàn)及系統(tǒng)線路組成，設(shè)計電路圖。本章對一般接收機的設(shè)計方法不作詳細的討論，只重點討論接收機設(shè)計中有關(guān)高線性度和大動態(tài)范圍實現(xiàn)的具體方法，這也是本課題實現(xiàn)中的難點所在。§1.1大動態(tài)范圍接收機設(shè)計方法接收機動態(tài)范圍DR（Dynamic Range）,是指接收機能夠接收檢測到的信號功率從最小可檢測信號MDS到接收機輸入1dB壓縮點之間的功率變化范圍,是接收機最重要的性能指標之一。第二章對動態(tài)范圍已經(jīng)作了詳細的論述。通常，一般的接收機都具有60dB80dB的動態(tài)范圍，現(xiàn)代接收機則對動態(tài)范圍指標提出相當苛刻的要求，往往超過100dB。如本項目動態(tài)范圍指標要求做的大于120dB

3、。實現(xiàn)接收機動態(tài)范圍的功能電路是接收機中的AGC，自動增益控制電路。AGC是一個閉環(huán)負反饋自動控制系統(tǒng)，是接收機最重要的功能電路之一。接收機的總增益通常分配在各級AGC電路中，各級AGC電路級聯(lián)構(gòu)成總的增益。在接收微弱信號時，接收機要具有高增益，將微弱信號放大到要求的電平，在接收機靠近發(fā)射電臺式時，AGC控制接收機的總增益，使接收機對大信號的增益很小，甚至衰減。接收機動態(tài)范圍實現(xiàn)的示意圖如下圖所示。圖1-1 接收機動態(tài)范圍實現(xiàn)變增益放大器或電調(diào)衰減器放大器AGC檢波器低通濾波器DC放大器直流參考電壓信號輸入信號輸出AGC的一般原理框圖如下，是一個直流電壓負反饋系統(tǒng)，控制信號代表信道輸出幅度檢波

4、后的直流值與參考電壓之間的誤差值，若輸圖1-2 接收機動態(tài)范圍實現(xiàn)入信號幅度變化，則控制信號也隨著變化，其作用是使誤差減小到最小值。對AGC環(huán)路的要求隨輸入信號的調(diào)制類型不同而不同。通常，AM信號對AGC的要求較FM接收機或脈沖雷達接收機要嚴格的多。通常接收機第一級AGC的輸入級的信號動態(tài)范圍最大，而且第一級AGC一般要求要具有衰減作用以提高接收機接收大信號的能力。在AGC電路中必須保證信道放大器工作在線性區(qū)域，即小于器件的1dB壓縮點，否則就會產(chǎn)生失真。§1.1.1 自動增益控制AGC原理§1.1.1.1 線性AGC原理AGC系統(tǒng)從根本上說是一個非線性系統(tǒng)。很難得到描述系

5、統(tǒng)動態(tài)特性的非線性動態(tài)方程的通解。但是，對于一些系統(tǒng)，可以求得系統(tǒng)的閉環(huán)解。對于大多數(shù)系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的小信號模型導(dǎo)出近似解。輸出信號vo可變增益放大器（VGA）Gain=PAGC包絡(luò)檢波器低通濾波器F(S)參考電壓Vr輸入信號vi對數(shù)放大器V1V2VC圖1-3 線性(以分貝為單位)AGC系統(tǒng)上圖是一個能用解析法求解的線性AGC系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，可變增益放大器VGA的增益為P，服從以下的控制律： (1-1)因此： (1-2)上式中Vi和Vo分別表示輸入和輸出信號的包絡(luò)幅度。而對數(shù)放大器的增益為： (1-3)上式中K2為包絡(luò)檢波器的增益。包絡(luò)檢波器的輸出總式正的，因此，對數(shù)放大器的輸出為實數(shù)，

6、即可正可負。于是控制電壓為 (1-3)上式中，F(xiàn)（s）為濾波器的傳遞函數(shù)。因為可變增益放大器服從指數(shù)規(guī)律，有： (1-4)控制電壓為： (1-5)即： (1-6)對輸入信號的響應(yīng)為： (1-7)因為由對數(shù)運算有下式關(guān)系： (1-8)所以，可得到下式： （dB） (1-9)令eo和ei分別表示以分貝為單位的輸出和輸入，則： (1-10)因此，只要給出的輸入量和輸出量以分貝為單位表示，則具體的AGC電路便可以用線性微分方程來描述。該AGC系統(tǒng)就可以用如下圖所示的線性負反饋系統(tǒng)等效方框圖來描述系統(tǒng)。輸出信號eo（分貝值）可變增益放大器低通濾波器F(S)參考電壓87Vr輸入信號ei（分貝值）圖1-4

7、線性(以分貝為單位)AGC系統(tǒng)等效方框圖上圖中，環(huán)路的動態(tài)特性由濾波器的傳遞函數(shù)F（S）和可變增益放大器的系數(shù)a來描述。由于環(huán)路帶寬必須受到限制，使它對存在于輸入信號的任何幅度調(diào)制不作出響應(yīng)，所以F（S）必須使低通濾波器。環(huán)路的穩(wěn)定性取決于濾波器的階數(shù)和環(huán)路增益。隨著輸入幅度的變化而產(chǎn)生的輸出穩(wěn)態(tài)增益為： (1-10)式中F（0）為濾波器的直流增益。應(yīng)該使增量eo隨輸入幅度的變化盡可能小。為達到這一目的，應(yīng)使直流環(huán)路增益盡可能大。如果F（S）是一個一階濾波器，且： (1-11)式中，K是濾波器的直流增益，B是濾波器的帶寬，那么直流特性為： (1-12)則圖34所示的線性AGC系統(tǒng)的總直流輸出為

8、： (1-13)通常，環(huán)路傳輸aK遠大于1，所以輸出eo等于8.655Vr。若以分貝為單位，則輸出幅度與參考電壓Vr成正比。含有參考電壓的AGC環(huán)路，稱為延遲AGC。延遲AGC并不是指帶寬的限制而延遲了增益控制，主要是指AGC環(huán)路包含有參考信號。簡單的AGC環(huán)路里不含有參考電壓，這在一般低要求的接收機中是常見的，比如普通的收音機。具有一階低通濾波器環(huán)路的AGC閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (1-14)對于所有的aK>0的閉環(huán)極點總在左半平面，所以這個系統(tǒng)基本是穩(wěn)定的。閉環(huán)系統(tǒng)頻率響應(yīng)的幅頻響應(yīng)圖如下圖15所示。為了對輸入信號幅度變化作出響應(yīng)，AGC環(huán)路應(yīng)具有高通濾波器特性，即在高頻時，AGC的作用很

9、小。對于幅度調(diào)制信號，角頻率L應(yīng)低于最低調(diào)制頻率M： (1-15)這意味著濾波器帶寬要比最低調(diào)制頻率小得多，其原因是負反饋增大了閉環(huán)帶寬。 圖1-5 線性AGC系統(tǒng)的頻率響應(yīng)0BB（1aK）如上所述，為了保持輸出電平地恒定，應(yīng)該保持盡可能大的直流環(huán)路增益。一種方法是采用積分器作為濾波器，即F（S）=C/S。理想的積分器對直流的增益為無窮大，因此穩(wěn)態(tài)輸出幅度不會隨著輸入幅度的慢變化而變化。這種濾波器的輸出為： (1-16)在輸入恒定時，穩(wěn)態(tài)輸出仍與參考電壓成正比，即 (1-17)§1.1.1.2 另一種AGC模型分析許AGC環(huán)路不含有對數(shù)放大器，因為對數(shù)放大器要和指數(shù)型可變增益放大器一

10、起應(yīng)用時才能構(gòu)成線性AGC模型。但是對于不含對數(shù)放大器的AGC系統(tǒng)，仍然可以導(dǎo)出其小信號模型。小信號的限制時指：分析系統(tǒng)只對某一特定的工作點附近的微小變化量時正確的。下圖36是一個AGC系統(tǒng)的原理方框圖模型。在該AGC系統(tǒng)中，可變增益放大器和檢測器是環(huán)路中僅有的非線性部件。為了簡化分析，而又不失一般性，假定檢測器、差動放大器以及在可變增益放大器之后的放大器的增益都為1。 可變增益放大器AGC檢波器低通濾波器差動放大器直流參考電壓信號輸入Vi信號輸出Vo圖3-6 具有兩個非線性部件的AGC系統(tǒng)輸出信號Vo可變增益放大器P（VC）F參考電壓Vr輸入信號ViVc基于以上的假設(shè)，上圖所示的系統(tǒng)可用下圖

11、37所示的簡化模型表示。圖1-7 圖36所示AGC系統(tǒng)的簡化模型上圖中，Vo和Vi現(xiàn)在指的是包絡(luò)值，F(xiàn)為低通濾波器和放大器組合的與頻率有關(guān)的傳遞函數(shù)。輸出電壓VoPVo，可變增益放大器的增益P是Vc的函數(shù)?？刂齐妷簽椋?(1-18)輸出電壓對輸入電壓的導(dǎo)數(shù)為： (1-19)由于： (1-20)將式（320）代入到式（319），可得到： (1-21)或 (1-22)式（121）和（122）是圖17所示AGC環(huán)路的小信號微分方程。對于在某一特定控制電壓的增量變化，上式是正確的。環(huán)路的傳輸函數(shù)為： (1-23)是輸入信號的函數(shù)，因此系統(tǒng)一般是非線性的。由于系統(tǒng)的非線性特性，隨著輸入幅度變化而產(chǎn)生的如

12、圖15所示的系統(tǒng)暫態(tài)性能一般是難以得到的。因為環(huán)路傳輸取決于輸入幅度，故而閉環(huán)系統(tǒng)的極點也取決于輸入幅度，暫態(tài)響應(yīng)的速率也是如此。如果圖17所示系統(tǒng)中，AGC 環(huán)路含有一個具有線性特性的 P（Vc）Vc可變增益放大器和一個作為低通濾波器F（s）的積分器，且F（s）K/s，從式（323）可得： (1-24)而輸入信號的微小階躍變化為： (1-25)因此，輸出電壓的歸一化變化量為： (1-26)反變換到時域： (1-27) 可以看出環(huán)路動態(tài)特性時任何取決于輸入信號的幅度的。在AGC系統(tǒng)中，關(guān)鍵時對暫態(tài)響應(yīng)的控制，一般需要更復(fù)雜的環(huán)路。如果可變增益特性P（Vc）已知，就可以通過選擇一個控制電壓值作為

13、起始點，來進行環(huán)路直流特性的數(shù)值計算。 以上討論的AGC系統(tǒng)都能提供對輸出振幅的連續(xù)監(jiān)測和對可變增益放大器的連續(xù)調(diào)整。還有許多系統(tǒng)是間歇地監(jiān)測輸出負載的，并在間歇期間調(diào)節(jié)增益。在其余時間，環(huán)路控制是開路的，并且在開路期間增益保持恒定。例如,電視接收機就是一個用選通門控制的AGC系統(tǒng)。如果用作AGC的選通門信號不包含任何調(diào)制（例如TV同步脈沖），則AGC系統(tǒng)帶寬可以做得很寬以提供快速響應(yīng)，而且不會抑制脈沖之間的調(diào)制。現(xiàn)在已經(jīng)用數(shù)據(jù)采樣技術(shù)來分析脈沖型AGC系統(tǒng)。當AGC系統(tǒng)有線性模型可以適用時，這種方法具有實用意義。§1.1.1.3 AGC系統(tǒng)部件AGC系統(tǒng)的設(shè)計者應(yīng)該了解幾種可變增益

14、放大器（VGA）的控制律，以便從中選擇。選擇的標準包括：頻率響應(yīng)、控制電壓的有效范圍、以及所需可變增益放大器的工作范圍等。增益為控制電壓的指數(shù)函數(shù)的VGA，比線性控制函數(shù)的VGA有較寬的增益變化范圍。模擬乘法器按定義有線性控制律，雙柵MOSFET增益控制器和PIN二極管衰減器是呈現(xiàn)指數(shù)控制律的許多電路中的常用的兩種電路。圖1-8 AGC系統(tǒng)常用得指數(shù)放大器圖和環(huán)路中常用得對數(shù)放大器雙極差動放大器一般用于集成電路中，它的電壓增益與集電極偏置電流成正比，因而可以通過調(diào)節(jié)集電極直流電流來改變增益。上圖18中左所示得是簡化的差動放大器電路，其中晶體管Q3為一恒流源，Q3的集電極電流為： (1-28)因

15、此指數(shù)放大器的增益（與Ic成正比）是控制電壓VR的指數(shù)函數(shù)。上圖37中右所示的電路可供采樣對數(shù)放大器的AGC環(huán)路作為對數(shù)放大器使用。由于運算放大器的同相端接地，因此： (1-29)輸出電壓為： (1-30)是輸入電壓的對數(shù)函數(shù)。§1.1.2 PIN二極管電調(diào)衰減器AGC設(shè)計用PIN二極管構(gòu)成的電調(diào)衰減器在通用寬帶接收機中經(jīng)常使用，控制線性度好，適用頻段寬，插損小，體積小，成本低，而且是完全阻性線性衰減，與VGA相比，不受P1dB點的制約，因此可以用在接收機RF前端，提高接收機的抗堵塞能力和大信號接收能力。因此大多數(shù)控制電路都采樣PIN管。§1.1.2.1 PIN二極管原理極

16、其特性PNIPIN管結(jié)構(gòu)PIN管符合在兩個高參雜的P和N半導(dǎo)體之間夾入一個未參雜的本征層即I層，就可以構(gòu)成PIN二極管，結(jié)構(gòu)和符號如下圖19所示。PIN管與一般的PN結(jié)二極管相似，具有整流特性，但是它的結(jié)電容要小一些。因為耗盡層的寬度與P層或N層的電阻率（或者參雜濃度）成反比，且PIN管的參雜濃度較低，所以PIN管的耗盡層比PN結(jié)二極管寬，因此結(jié)電容也就較小。由于PIN管在方向偏置時 具有低電容，高阻抗特性，可以等效圖1-9 PIN二極管的結(jié)構(gòu)與符號 未開路，所以在作為控制電路時效果 很好。如開關(guān)、阻性衰減器、限幅器、數(shù)字移相器及數(shù)字調(diào)制器等。 PIN二極管的等效電路如下圖110所示：VBBI

17、V1V50mA幾uA50100VA圖1-10 PIN二極管的等效電路與IV特性曲線左圖中，正向偏置時，開關(guān)指向Rj，反向偏置時，開關(guān)指向Cj，如下兩種情況：Rf =Rs+Rj1 正向偏置時：上圖右中A點，忽略封裝效應(yīng)Ls和Cp，則可以等效為： (1-31)即PIN管正向偏置時與PN結(jié)二極管相似，只有極小的結(jié)電阻，等效為斷路。見左圖所示。圖1-11 PIN管正向等效電路RsCj2 反向偏置時：上圖110中B點，忽略封裝效應(yīng)Ls和Cp，則可 以等效為： (1-32) 即反向偏置時等效未開路。等效電路如左圖所示。 正向與反向偏置時的典型參數(shù)值變化規(guī)律如下表所示：圖1-12 PIN管反向等效電路表1-

18、1 PIN管正向偏置時Rf隨Io的變化規(guī)律Io（正偏電流）mA51020254050100Rf（正偏電阻）7.84.82.01.51.00.80.55表1-2 PIN管反向偏置時電容Cj隨偏壓的變化規(guī)律V（正偏電流）V0-5-20-40-50-75-100-150Cj（結(jié)電容）PF3.551.6020.7660.6670.6480.6330.6330.633可見正偏時，PIN管基本上時一個線性可控的可變電阻器，且結(jié)電容很小，對頻率特性的影響很小，在幾十兆到幾千兆頻段上都適用，因此廣泛用于大動態(tài)范圍寬帶接收機中。§3.1.2.2 PIN二極管電調(diào)衰減器 圖1-13 PIN管電調(diào)衰減器的

19、幾種電路結(jié)構(gòu)上圖113中所示為PIN電調(diào)衰減器的幾種電路結(jié)構(gòu)，當小信號時，不希望有衰減，則PIN應(yīng)該處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，這時候?qū)π盘柕乃p是電調(diào)衰減器的最小衰減量，即電路的插損。一般PIN管電調(diào)衰減器的插損可以做的小于2dB。當信號增大，在需要進行衰減的信號電平輸入時，將AGC輸入設(shè)置為臨界值，即此時AGC輸入電壓與PIN管的正極電壓差為PIN管的正向?qū)妷?，通常?.7V左右，隨著信號的增大，同時增大AGC輸入端的電壓，使PIN管的導(dǎo)通程度線性降低，即PIN管的正向電流線性減少，對信號的衰減器逐漸增加，輸出信號的電平因此基本保持恒定。需要說明的是，AGC輸入的控制電壓一般是AGC反饋系統(tǒng)自動

20、提供的，AGC電壓隨著輸入信號電平的增大而線性增大，當AGC輸入電壓是人為的控制電壓時，則稱為MGC，人工增益控制。一般用作AGC系統(tǒng)中電調(diào)衰減器的PIN管多數(shù)是成對的使用，用多個PIN管來提高最大衰減量，改善控制線性度。PIN管可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。通常PIN管電調(diào)衰減器最大衰減量為2040dB，取決于PIN管的數(shù)目及構(gòu)成方式。下圖114所示的型結(jié)構(gòu)PIN管電調(diào)衰減器是HP公司最早提出，且結(jié)構(gòu)多年改進的結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的衰減線性度、校大的動態(tài)范圍和較低的插損。圖1-14 寬頻帶4PIN管型電調(diào)衰減器結(jié)構(gòu)上圖114所示的寬帶4PIN管型結(jié)構(gòu)電調(diào)衰減器有許多優(yōu)點如下：1、 雙管串聯(lián)結(jié)構(gòu)大大提高了衰

21、減器的最大衰減量，和上限頻率限制。使衰減器的適應(yīng)度更高。最大衰減量可以到60dB以上，且可以工作在100KHz3000MHz頻段上。2、 由于兩個PIN管串聯(lián)取代了型結(jié)構(gòu)衰減器中的串聯(lián)電阻，PIN管的相位特性消除了通過電調(diào)衰減器的信號中的偶次失真分量，且理論上抵消了一半的噪聲，這種結(jié)構(gòu)大大減小了失真量和噪聲量，具有較高的線性度。3、 這種結(jié)構(gòu)的衰減器在電路結(jié)構(gòu)上使對稱的，因此簡化了電路的直流饋電，直流饋電是電調(diào)衰減器的難點之一。下圖是這種型結(jié)構(gòu)衰減器的主要性能曲線。圖115衰減量頻率響應(yīng) 圖116回退損耗頻率響應(yīng) 圖117電壓控制衰減特性通過多次實驗和電路上的改進，應(yīng)用在本項目實現(xiàn)中的這種4P

22、IN管型結(jié)構(gòu)衰減器具有相當優(yōu)異的性能：1 插損在工作頻段中優(yōu)于3dB。2 最大衰減量為45dB。即動態(tài)范圍為3dB45dB，大于40dB。3 控制線性度好，通過調(diào)整電路參數(shù)，控制靈敏度可以做到0.10.3V/dB。§1.1.2.3 PIN二極管電調(diào)衰減器AGC實現(xiàn)PIN電調(diào)衰減器340dB放大器G23dBAGC檢波器RC低通濾波器DC放大器直流參考電壓RF輸入RF輸出AGC電壓3V起控0.2V/dB圖1-18 寬頻帶4PIN管型電調(diào)衰減器AGC實現(xiàn)上圖所示的為由4個PIN管型結(jié)構(gòu)電調(diào)衰減器衰減器構(gòu)成的AGC系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)電路可以工作在0.1MHz3000MHz頻段上?？色@得優(yōu)于35dB

23、的動態(tài)范圍，若接收機前端電路用這種AGC電路，最小插損優(yōu)于3dB。若許多中RF放大器的P1dB輸出壓縮點為13dBm，則在回退10dB保證線性度的情況下，RF輸入信號功率可以高達20dBm輸入。§1.1.3 VGA可變增益放大器AGC設(shè)計VGA可變增益放大器構(gòu)成的AGC系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，集成度高，控制線性度好，動態(tài)范圍大等許多優(yōu)點，非常適合用在接收機中頻AGC電路中，一級通常就可以獲得30dB50dB的動態(tài)范圍。§1.1.3.1 VGA可變增益放大器過去通常用控制晶體管集電極電流來控制正向傳輸導(dǎo)納，因而控制晶體管的增益，來實現(xiàn)放大器的增益可變。但是這種可變

24、增益的晶體管放大器用在AGC中，其諧振特性往往發(fā)生很大的變化，頻率特性不理想。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，出現(xiàn)了雙柵MOSFET，它相當于把兩個場效應(yīng)管結(jié)合在一起，這種器件特別適合用作AGC系統(tǒng)中的可變增益放大器或混頻器。雙柵MOSFET的一個柵極用作RF信號輸入端，另一個柵極作為AGC控制電壓的輸入端。由于雙柵分別連接，當AGC電壓控制放大器增益時，MOSFET放大器的輸入輸出阻抗基本不變。目前在VGA芯片領(lǐng)域，幾乎較為著名的公司都在開發(fā)VGA芯片，性能結(jié)構(gòu)發(fā)展非常迅速。比較具有代表性的VGA結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖319所示：圖1-19 可變電阻衰減網(wǎng)絡(luò)高增益放大器實現(xiàn)VGA原理框圖這種結(jié)構(gòu)由一個可變

25、阻性衰減網(wǎng)絡(luò)和一個固定增益的放大器相結(jié)合，用控制阻性衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量來實現(xiàn)整體的增益可變。由于阻性衰減時最理想的衰減方式，基本上不受頻率的影響，且時線性衰減，輸入輸出匹配不受影響。用在中頻AGC中非常理想。如美國著名的IC芯片制造商AD公司的VGA芯片AD603，上圖就是其結(jié)構(gòu)原理框圖，具有非常優(yōu)異的性能：1 42dB的大動態(tài)范圍，且通過改變輸出與電阻衰減網(wǎng)絡(luò)之間的反饋方式，可以增益方式，增益可為：11dB31dB（90MHz帶寬）或1dB41dB（30MHz帶寬）或9dB51dB（9MHz寬帶）。2 完全線性控制，控制靈敏度為25mV/dB?？荚鲆婵刂七\算放大器的同相端和反向端之間的電壓差來

26、控制阻性衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量，控制電壓差為0.5V，共1V以獲得42dB的動態(tài)范圍。3 控制精度高，典型控制精度為誤差0.5dB。4 低噪聲設(shè)計，噪聲譜密度為。§1.1.2.3 VGA可變增益放大器AGC實現(xiàn)用VGA，AGC檢波器，直流運放和RC低通濾波器就可以構(gòu)成AGC系統(tǒng)。AGC檢波器對VGA的輸出進行包絡(luò)檢波，輸出的電壓與VGA輸出信號的包絡(luò)即調(diào)制成正比，經(jīng)過直流運放放大后，低通濾波器對其濾波，消除交流雜散，而后控制VGA的增益，實現(xiàn)自動增益控制。用VGA構(gòu)成的AGC系統(tǒng)的性能主要取決于VGA的性能，通常VGA的工作頻段不高，一般在幾十兆赫茲，這是限制VGA應(yīng)用的主要因素，現(xiàn)在各大

27、公司都在向射頻VGA挑戰(zhàn)，但是上百兆的VGA芯片價格非常昂貴。VGA構(gòu)成的AGC系統(tǒng)還有一個重大的缺陷，就是VGA芯片本身的P1dB壓縮點問題，對大信號的處理能力差。一般的VGA芯片為CMOS型，其輸入功率通常較小，輸入P1dB壓縮點一般為30dBm30dBm之間，因此，既使VGA可以工作在接收機工作頻段中，VGAAGC也不能用在RF前端。但是用在中頻AGC中是非常適合的，一級就可以獲得大于40dB的動態(tài)范圍，而且控制線性度好，性價比高。§1.1.3 級聯(lián)AGC實現(xiàn)接收機大動態(tài)范圍將多級AGC級聯(lián)起來就可以展寬接收機得動態(tài)范圍，但AGC級聯(lián)得方式是多種多樣得，并且根據(jù)不同得接收機類型

28、有不同得考慮。在整體AGC實現(xiàn)時需要主要考慮：1 AGC控制電壓是直流電壓，RC低通濾波器的時間常數(shù)應(yīng)該根據(jù)信號的形式來選擇。RC時間常數(shù)太大，AGC控制電壓跟不上信號的變化，AGC就不起作用；RC時間常數(shù)太小，則AGC控制不太靈敏，會產(chǎn)生反調(diào)制，抵消調(diào)幅波中的的幅度變化。2 增益控制的級數(shù)以及在接收機電路中所處的位置，這要根據(jù)設(shè)計的要求的不同而重點考慮之處，特別要防止信道中出現(xiàn)飽和。但是第一級高放不宜受控，因為要保證接收機的靈敏度，整機的噪聲系數(shù)必須控制在一定的范圍內(nèi)，而第一級高放對整機的噪聲系數(shù)起決定性的作用。選擇受控級位置的一般原則是：在不影響最大信噪比，保證接收機靈敏度的前提下受控級應(yīng)

29、盡量靠前。3 設(shè)計AGC環(huán)路的增益，保證環(huán)路的穩(wěn)定性。一般來說，第一級AGC用該用處理大信號能力強，工作頻段高的AGC，PIN管結(jié)構(gòu)的AGC較為合適，來獲取大于30dB的動態(tài)范圍，第二級可以用VGA構(gòu)成的AGC，也可以用分量器件的AGC，主要是看輸入信號的最大電平是否適合。第三級AGC一般在IF級，由于頻段較低，可以用VGAAGC。通常，三級AGC級聯(lián)可以獲得大于80dB，的動態(tài)范圍，為了保證許多的穩(wěn)定性，AGC級聯(lián)之間一般要加一定的衰減保證在小信號時不自激。如果接收機所接收的RF信號頻段不高，VGA可以在接收機的RF段上工作，那么可以在變頻前就將信號電平拉平，完成動態(tài)范圍要求，這樣可以保證信

30、號變頻前功率處于同一量級，時IF電路能較好的工作，減少IF級以及后級電路調(diào)試難度，減少問題。但是多級AGC電路在同一頻率上之間級聯(lián)，會帶來一些問題，增加AGC電路的調(diào)試難度。必須保證以下幾點要求，這是在本項目經(jīng)過三次改版，多次反復(fù)調(diào)試AGC電路后的一點體會，如下：1 第一級AGC在小信號時的插損必須很小，因為如果在這級AGC之前沒有第一級高放的情況下，這一級AGC的插損就之間加到整機的噪聲系數(shù)上，帶來的后果時很嚴重的。因此插損一般必須小于24dB。在設(shè)計苛刻的靈敏度的接收機時，這種方案時不可行的，信號是不能直接進入AGC的。2 仔細考慮起控點。一般第一級AGC要在輸出信號電平滿足下一級要求的情

31、況下，完全實現(xiàn)動態(tài)范圍，這一級對小信號的作用是最關(guān)鍵的。后級AGC的起控點必須仔細考慮，越后級的AGC的控制靈敏度應(yīng)設(shè)置的越高。比如信號輸入為110dBm0dBm，要滿足110dB的動態(tài)范圍，第一級PINAGC的動態(tài)范圍為30dB，1020dB；第二、三級為VGAAGC，動態(tài)范圍分別為40dB，。第二級為1030dB，第三級為040dB，每級輸入不能超過15dBm，每兩級之間加5dB的衰減量。信號經(jīng)過第一級AGC后為：9010dBm；衰減5dB：9515dBm；經(jīng)過第二級AGC后為：6525dBm；衰減5dB：7030dBm；最后一級AGC后：0dBm2dBm。這樣基本上實現(xiàn)了110dB的動態(tài)

32、范圍。AGC級與級之間加衰減是為了防止小信號時信道自激，因為小信號輸入時AGC對信號沒有衰減，每級AGC中的放大器直接級聯(lián)經(jīng)常會自激。以上討論時基于理論上的，在實際調(diào)試中，級聯(lián)AGC的調(diào)試難度是非常大的，會出現(xiàn)許多意想不到的問題，需要反復(fù)調(diào)試。如上所述的110dB的動態(tài)范圍實現(xiàn)用三級AGC一般是不夠的，實際中，并不是每級的動態(tài)范圍加起來就能滿足總的動態(tài)范圍，后級AGC的控制靈敏度一般很難做到所要求的，而且在小信號時，接收機噪聲及雜散的影響很大，級聯(lián)AGC對小信號的放大量并不是每級AGC中放大器的增益只和。3 慎重考慮信道中每一點處的最大功率值，尤其時在放大器前，要滿足有源器件的P1dB壓縮點要

33、求，防止信號壓縮。因此第一級AGC中的放大器選擇要選壓縮點高，線性度好的管子，接收機接收的最大信號到第一級AGC電路，經(jīng)過AGC的最大衰減后的功率必須小于放大器的1dB壓縮點。一般為了保證信道的不失真，要在P1dB壓縮點處回退610dB。同樣以次設(shè)置后級有源器件前的最大功率值，這需要在設(shè)計電路時就要仔細的考慮，在調(diào)試時通過對AGC起控點的設(shè)置來滿足此要求。4 最后一級AGC最難實現(xiàn)。因為經(jīng)過前幾級AGC電路，到最后一級AGC時，信號功率一般較高，因此檢波后直流值比較大，這要求AGC控制靈敏度很高才能滿足要求，而且前級電路的噪聲以及雜散在這一級的影響明顯增大，會出現(xiàn)在不需要衰減時，直流運放的輸出過大，控制電壓大而時衰減量過大。5 級聯(lián)AGC的調(diào)試應(yīng)從前往后一級一級級聯(lián)調(diào)試，當全部級聯(lián)后不滿足系統(tǒng)要求時，斷開后從后級一級一級往前級聯(lián)調(diào)試，從中不斷發(fā)現(xiàn)問題的根本所在，找到解決問題的方法。如果時設(shè)計中的問題，就需要改版，重新設(shè)計電路。級聯(lián)AGC可以用下圖120所示的方法來設(shè)計，確保每一點處的功率值滿足壓縮點要求，信號功率處于圖中最大信號和最小信號兩條曲線之間。級聯(lián)之間的固定衰減量以量級之間放大器不自激為，并且在下一級AGC最大衰減量不夠的情況下將最大信號衰減到下一級AGC中放大器的P1dB以下。PIN電調(diào)衰減器放大器衰減器放大器衰減器放大器VGA放大器V