[发明专利]一种基于可编程增益放大器的自动控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可编程增益放大器用于接收机系统的自动增益控制方法，属于深亚微米RF CMOS集成电路技术领域。

背景技术

导航接收机由射频前端和数字基带两部分组成。射频前端将天线接收到的信号进行放大，混频，滤波和模数转换，完成射频信号到基带信号的转换。其中自动增益控制(Automatic Gain Control)模块位于射频前端的最末级，它需要通过准确调节放大器增益以维持在不同强弱输入信号情况下输出幅度的恒定，同时需要提供尽量大的增益变化范围以保证接收机有足够大的动态范围来处理不同强度的信号。

目前主要的AGC模块结构主要有以下几种：

第一是采用纯粹的模拟电路完成的前馈型AGC，其功能主要由功率检测电路(即接收信号强度指示电路，Received Signal Strength Indicator)和可变增益放大器(Variable Gain Amplifier)完成。中频信号同时输入给RSSI和VGA两者，其中RSSI通过检测中频信号的功率大小给出VGA的增益控制信号，来调节回路的增益大小以维持恒定的输出功率。VGA的输出信号即为整个AGC模块的输出，经过模数转换器(Analog to Digital Converter)后提供给数字基带。前馈型AGC由于采用了开环结构，因此具有建立时间迅速的优点，但是不可避免的具有开环电路稳定性差的缺点。

第二是反馈型模拟闭环AGC，主要功能电路除RSSI和VGA外还有环路滤波器。与前馈型的主要区别在于RSSI检测的不再是VGA的输入信号而是其输出信号强度，并与一参考电平比较，两者的误差电压通过环路滤波器后产生一控制电平用以控制可变增益放大器的增益。反馈型AGC具有鲁棒性强，精度高，以及低频噪声更低的优点。然而，由于环路带宽远远低于信号带宽，所以其建立时间比较长。

第三则是利用数字信号来控制变增益放大器的增益，除了起放大作用的可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier)外，其他模块都在数字领域实现。PGA的输出信号经过模数转换器变换为数字信号，在数字域(基带)对信号强弱进行判断，并给出数字增益控制字来控制PGA的增益。采用数模混合形式的AGC，可以做到精确控制电路的增益，而且减小了模拟电路设计的难度。但由于在数字域判断信号强弱的过程一般要经历多个时钟才能完成，使得数模混合闭环AGC的建立时间较长。

AGC回路最主要的两点要求一是恒定的输出信号功率，一是尽量大的动态范围；另外由于导航接收机对解算时间的严格要求，使得建立稳定输出的时间长短也成为其中AGC的一个重要指标。前面提到的几种常规AGC设计方法不同程度的在这三个主要要求上存在缺陷。如何设计一个能应用于导航接收机的AGC回路，在保证大动态范围和恒定输出信号功率的情况下同时能够有尽量短的建立时间就成为研究的目标。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于可编程增益放大器用于接收机系统的自动增益控制方法，可应用于导航接收机和数字电视。主要包括可编程增益放大器、模数转换器、SPI(Serial Peripheral Interface)接口和基带处理器。可编程增益放大器采用多级级联模式，同时保证了输出功率稳定和大动态范围。模数转换器采用8位形式，结合基带的积分算法，能够迅速判断信号强弱，以达到尽量短的建立稳定输出时间。SPI接口负责将基带输出的控制信号迅速准确地传递给可编程增益放大器，控制其增益变化。

一种基于可编程增益放大器的自动控制装置，包括可编程增益放大器、模数转换器和SPI接口；

可编程增益放大器接收中频信号并进行放大，输出模拟中频信号给模数转换器，模数转换器对该放大后的模拟信号进行采样，输出八位数字信号给SPI接口，SPI接口将接收自模数转换器的数字信号传输给数字基带，同时接收数字基带反馈的七位PGA控制字信号并将其传输给可编程增益放大器。

本发明的优点在于：

(1)传统的自动增益控制大多是采用纯模拟电路完成，本发明采用了数模混合技术，在模拟电路中只保留了PGA，大大降低了模拟电路的设计难度；

(2)传统的自动增益控制环路受限于其可变增益放大器的性能，动态范围都不能达到很高，而本发明采用了特殊设计的多级放大器级联形式的PGA电路，使得整个AGC环路的动态范围显著提高；

(3)本发明采用了反馈形式的AGC环路，同时PGA电路的增益精确地受控于数字控制字，保证了AGC电路输出信号的功率稳定性；