[发明专利]一种高速大动态范围数字化自动增益控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动增益控制电路，特别是一种应用于激光探测器高速大动态范围信号处理与检测装置的数字化自动增益控制电路。

背景技术

自动增益控制电路，简称为AGC电路，数字化AGC电路是目前广泛应用的一种AGC电路，其主要功能为，当输入信号电压幅度超过或低于某一门限值时，通过控制回路将输出电压调整在某一特定的范围内。具体来说，当输入信号很弱时，自动增益控制电路对增益进行提高，使放大器增益增大；当输入信号很强时，自动增益控制电路对增益进行抑制，使放大器增益减小，最终将输入信号幅度调整在某一设定的阈值范围内。

激光探测器信号处理与检测装置接收的信号一般为15ns以上、动态范围60dB以上的电压脉冲信号，输入的光电信号由可变增益放大器放大，并通过A/D转换器进行采样转换，得到的数字量再进行平均作为峰值，最后送入单片机进行数据处理。

目前，国内外研究者对集成AGC作了大量的研究，但用于激光探测器信号处理领域的AGC必须带有峰值数字化功能，而且对速度和精度要求高，以便接收和处理高速大动态范围的光电脉冲峰值信号，而带峰值数字化的集成AGC在目前的研究结果中鲜有报导。目前激光探测器处理装置中所广泛采用的AGC未包含信号峰值数字化功能，而且无法对脉冲宽度小、幅度动态范围大的信号进行有效处理，阈值检测灵敏度低，影响了控制精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可对脉冲宽度小、幅度动态范围大的信号进行有效处理的高精度数字化自动增益控制电路。

本发明的技术解决方案是：一种高速大动态范围数字化自动增益控制电路，包括可变增益放大器、高速峰值保持器、低通滤波器、A/D转换器、以及数字信号范围判断与增益控制器；外部输入的脉冲电压信号经可变增益放大器进行增益控制后送至高速峰值保持器，高速峰值保持器对传来的信号进行峰值展宽保持后送至低通滤波器进行模拟滤波，低通滤波器的输出信号经A/D转换器后送至数字信号范围判断与增益控制器，数字信号范围判断与增益控制器将传来的数字信号与预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果控制可变增益放大器的放大倍数。

所述的可变增益放大器由耦合级联的3～4级比例放大器构成，所述的比例放大器包括运算放大器以及由电阻网络和控制开关构成的反馈结构。

所述的高速峰值保持器为差分比较电路，包括运算放大器A1和A2、二极管D0和电容C1；运算放大器A1的同向输入端接输入信号，输出端接二极管D0的正向输入端，二极管D0的输出接运算放大器A2的同向输入端；运算放大器A2的同向输入端经电容C1接参考电位，输出端、反向输入端均与运算放大器A1的反向输入端相连。

所述的数字信号范围判断与增益控制器中的初始增益由外部控制端进行设置，增益范围为0.125倍至512倍。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明AGC针对激光探测器信号处理与检测装置的应用，提出了包括可变增益放大器、高速峰值保持器、低通滤波器、A/D转换器、以及数字信号范围判断与增益控制器的总体结构，该结构增加了峰值数字化功能，采用数字化阈值判断，替代了高速高精度模拟比较器的功能，降低了设计的难度并且提高了比较精度；

2、本发明可变增益放大器采用耦合级联的3～4级比例放大器构成，该方法相比单级运算放大器具有运算放大器设计相对简单、高增益、高速度、低失真的特点；

3、峰值保持器对于脉冲宽度小于15ns的信号，本发明电路采用高速差分比较原理来实现，克服了现有技术中采用肖特基二极管和一个电容来实现峰值保持的电路结构，克服了信号必须大于肖特基结压降才能被保持、以及线性度差的缺点，提高了峰值保持器的精度和速度。

附图说明

图1为本发明数字化自动增益控制电路的结构原理框图；

图2为本发明数字化自动增益控制电路中的可变增益放大器的原理框图；

图3为本发明数字化自动增益控制电路中的峰值保持器的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明数字化自动增益控制电路的结构原理框图，由可变增益放大器1、高速峰值保持器2、低通滤波器3、AD转换器4、数字信号范围判断与增益控制器5构成的数模混合反馈回路实现，参考电压源和电流源6为其他器件提供工作所需的电压源或电流源。另外，为易于CPU、DSP等处理器接口和操作，将自动增益后的模拟信号以及AD转换后的数字信号、增益状态均作为输出信号，通过增益状态以及AD转换串行总线接口电路7输出。