【摘　要】　分析了自動增益技術(shù)原理，設(shè)計了應用于第三代移動通信模擬基站的自動增益控制電路。
??? 關(guān)鍵詞：自動增益控制，移動通信，模擬前端
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　　接收機的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機的增益。由于各種原因，接收機的輸入信號變化范圍往往很大，信號弱時可以是一微伏或幾十微伏，信號強時可達幾百毫伏。最強信號和最弱信號相差可達幾十分貝。這個變化范圍稱為接收機的動態(tài)范圍。　　影響接收機輸入信號的因素很多。例如，發(fā)射臺功率的大小，接收機離發(fā)射臺距離的遠近，信號在傳播過程中傳播條件的變化（如電離層和對流層的騷動，天氣的變化），接收機環(huán)境的變化（如汽車上配備的接收機），以及人為產(chǎn)生的噪聲對接收機的影響等等。
　　為了克服外界各種因素對接收機輸入信號的影響，需要使用自動增益控制技術(shù)。自動增益控制（AGC）電路是通信設(shè)備，特別是通信接收設(shè)備的重要電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平保持為一定的數(shù)值，因此，也可稱為自動電平控制（ALC）電路。它能夠保證在接收弱信號時，接收機的增益高，而接收強信號時則增益低。使輸出信號保持適當?shù)碾娖剑恢劣谝驗檩斎胄盘柼《鵁o法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。
　　W－CDMA射頻帶寬要求比2G系統(tǒng)的要求要寬，使之更易受外界的各種因素的影響，造成接收機接收的信號幅度隨各種干擾而波動，影響整個接收機的性能，因此，必須采用自動增益控制電路。同時，還要注意接收機的增益部分，在整個帶寬內(nèi)增益的平坦度要好，群延時相對要小。接收機內(nèi)匹配電路是寬帶設(shè)計，而不是2G系統(tǒng)的窄帶設(shè)計。AGC能夠保證接收機在寬頻帶范圍內(nèi)功率電平穩(wěn)定，以提供其它各級單元電路正常工作所需的功率電平。
1　自動增益控制設(shè)計原理
　　自動增益電路〔1〕控制框圖見圖1。圖中，可控增益放大器的放大倍數(shù)AV受控制電壓VC的控制，閉環(huán)后系統(tǒng)對AV進行自動控制。環(huán)路中電平檢測電路檢測出反映信號電平的平均值，通過低通濾波器后，在比較器中與參考電平VR相比較，產(chǎn)生控制信號VC去控制AV。若輸入電壓幅度Vi增加或電路參數(shù)變化使增益變大而導致V0增加時，環(huán)路產(chǎn)生一控制信號，使AV減小；反之，在各種因素造成V0減小時，環(huán)路也會產(chǎn)生控制電壓VC，使AV增加。即通過環(huán)路控制作用，無論Vi變化或系統(tǒng)參數(shù)變化，輸出信號電平V0都將保持在由VR決定的電平上幾乎不變。圖1中，低通濾波器的作用是決定反饋支路的　　反應速度，因此，低通濾波器時間常數(shù)是整個自動增益控制環(huán)路的重要參數(shù)。時間常數(shù)小，通帶寬，反應速度快，即在輸入端信號起伏頻率較高時，自動增益控制系統(tǒng)的反饋支路也能及時地反應，使輸出的信號基本保持不變。一般AGC電路均具有低通特性，即環(huán)路對高于某一頻率的信號幅度變化無反應，而對低于某一頻率的信號幅度緩慢變化才有控制作用。如在移動通信系統(tǒng)中由于多徑衰落，造成信號的幅度變化，這就需要自動增益對接收信號因信道而引起的緩慢幅度變化進行補償。一般選擇接收機中環(huán)路控制的上限頻率為10～20Hz。
　　自動增益根據(jù)控制方法不同可以分成以下幾種：
　 （1）惰性自動增益控制：這種控制電路具有一定的時間常數(shù)。
　 （2）瞬時自動增益控制：一般用在對付強的等幅波或脈沖干擾。在遇到強干擾時，接收機仍能識別弱信號，而當強干擾一過，接收機就恢復原來的工作。
　 （3）近程增益控制：接收機根據(jù)接收到的信號大小來改變增益，即強信號時有低的增益，弱信號時有高的增益。
　　根據(jù)電路形式不同可分為閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)。圖2為常用于電壓幅度控制中的反饋型AGC。信號通過VCA、檢波器、濾波器，然后反饋到VCA，并通過調(diào)整增益來去除輸入信號包絡(luò)中不希望的隨時間變化的變化量。控制環(huán)的元件引入了信號的延遲迭加，并決定了整個電路的響應延遲時間。因此，反饋型AGC固有速度較慢。
　　前饋AGC（見圖3）具有快速的響應時間，因為信號檢測和增益控制是并行的。輸入信號被分成兩路：一路到VCA，另一路到檢波器。檢波器的設(shè)計需保證VCA根據(jù)輸入中頻信號的幅度，得到所需的控制電壓和合適的增益。在兩路中的任一路加入額外的延遲，能使兩路并行傳輸延遲達到平衡。作為一
個開環(huán)控制系統(tǒng)，它的精度有限，只在很小范圍內(nèi)，輸出隨輸入而變化。
2　自動增益控制電路設(shè)計
　　由參考文獻〔2〕、〔3〕可知，自動增益控制電路設(shè)計時閉環(huán)增益要大，因為環(huán)路增益越大，檢波電壓和參考電路的差就越小，接收機的動態(tài)范圍就越大。自動增益控制電路主要包括可變增益控制電路、電平檢測電路、濾波器、比較器和控制電壓產(chǎn)生電路。
　　根據(jù)W－CDMA接收機模擬前端的性能要求，帶有自動增益控制電路的中頻電路設(shè)計框圖如圖4所示。具體中頻電路包括前級放大、SAW、可變增益放大器（VGA）、主中放以及AGC閉合回路。AGC環(huán)路主要包括可變增益放大器、主中放、檢波器、低通濾波器和比較器。

　　中頻電路中的自動增益控制電路的線路圖如圖5所示。反饋信號經(jīng)檢波電路、低通濾波器后與參考電壓在比較器進行比較。比較是通過比較器LM358來實現(xiàn)的。比較器輸出的電壓來控制可變增益放大器Q5500的增益，從而實現(xiàn)了對輸入信號的控制。自動增益控制環(huán)路中的主中放部分可以保證環(huán)路的增益比較大，減小檢波電壓和參考電壓的誤差，同時可以滿足中頻部分輸出端對電平功率的要求。
??? 將整個帶有自動增益的中頻電路進行閉環(huán)測試。電路的測試使用HP8350B微波掃頻源、HP可變衰減器、萬用表及功率計。測試的框圖如圖6所示。在測試過程中，通過改變HP可變衰減器來改變中頻輸入的功率大小，輸出端通過GX2B小功率計可以測得輸出功率；同時通過GDM－8045G數(shù)字萬用表測試各點的電壓值。測試的結(jié)果見表1。

3　結(jié)束語
　　從表1可以看出，在閉環(huán)的測試過程中，自動增益控制電路能夠在輸入的信號變化的過程中，快速自動地調(diào)節(jié)可變增益放大器的控制電壓，改變增益。整個增益控制范圍在60dB以上，完全能夠滿足接收機動態(tài)范圍的要求。

1　胡見堂，潭博文，余得泉．固態(tài)高頻電路．長沙：國防科技大學出版社，1999
2　Rob Howald．Gaining Control．Communication Systems　Design，October 1999：15～18
3　PankajGoyal．Automatic Gain Controlin Burst Commu－nication Systems．Rfdesign，F(xiàn)ebruary 2000：34～56