寬帶自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

寬帶自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在接收信號(hào)時(shí)，由于電離層的變化、衰減和信號(hào)接收條件的不同，輸入端的信號(hào)的波形在很大程度上改變。而接收機(jī)的輸出功率是隨外來(lái)信號(hào)的大小而變化的,接收機(jī)的輸出端會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)弱非常懸殊的信號(hào)功率。為此,短波接收機(jī)中非常強(qiáng)調(diào)自動(dòng)增益控制(AGC)電路。AGC電路是一種在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下,使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的自動(dòng)控制電路。AGC的基本原理是產(chǎn)生一個(gè)隨輸入電平而變化的直流AGC電壓,利用AGC電壓去控制某些放大部件(如中放)的增益,使接收機(jī)總增益按照一定規(guī)律而變化。AGC電路主要由控制電路和被控電路兩部分組成?？刂齐娐肪褪茿GC直流電壓的產(chǎn)生部分,被控電路的功能是按照控制電路所產(chǎn)生的變化著的控制電壓來(lái)改變接收機(jī)的增益。目前,在短波接收機(jī)中放大器增益的控制方法主要有兩種。一種是改變放大器本身的參數(shù),使增益發(fā)生變化,典型的是采用雙柵場(chǎng)效應(yīng)管,通過改變其中某一柵的直流偏置電壓使增益發(fā)生變化;另一種是在放大器級(jí)間插入可變衰減器,控制衰減量,使增益發(fā)生變化,典型的是各種集成的可變?cè)鲆娣糯笃?本文討論的AGC電路就是采用ADI公司的AD603可變?cè)鲆娣糯笃鹘Y(jié)合簡(jiǎn)單的AGC控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求增益大于50dB,AGC動(dòng)態(tài)范圍大于65dB,輸出信號(hào)電平基本穩(wěn)定在-10dBm。視頻增益控制模塊AD603是低噪、90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)放,如增益用分貝表示,則增益與控制電壓成線性關(guān)系。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍,增益在-11～+30dB時(shí)的帶寬為90MHz,增益在+9～+41dB時(shí)具有9MHz帶寬,改變管腳間的連接電阻,可使增益處在上述范圍內(nèi)。該集成電路可應(yīng)用于射頻自動(dòng)增益放大器、視頻增益控制、A/D轉(zhuǎn)換量程擴(kuò)展和信號(hào)測(cè)量系統(tǒng),簡(jiǎn)化原理框圖如圖1所示。AD603由無(wú)源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端(VINP)的信號(hào)經(jīng)衰減后,由固定增益放大器輸出,衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無(wú)關(guān),而僅與其差值VG有關(guān),由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達(dá)50MΩ,因而輸入電流很小,致使片內(nèi)控制電路對(duì)提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特點(diǎn)很適合構(gòu)成程控增益放大器。圖1中的“滑動(dòng)臂”從左到右是可以連接移動(dòng)的。當(dāng)VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時(shí),其放大器的增益范圍也不一樣。當(dāng)腳5和腳7短接時(shí),AD603的增益為40Vg+10,這時(shí)的增益范圍在-10～30dB,本文的設(shè)計(jì)就是這樣應(yīng)用的。當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí),其增益為40Vg+30,這時(shí)的增益范圍為10～50dB。如果在5腳和7腳接上電阻,其增益范圍將處于上述兩者之間。agc電路工作原理、附加功率的分配和計(jì)算agc檢波和ad603選用AD603作為主放大器,兩片AD603采用順序級(jí)聯(lián)形式,充分發(fā)揮每一片AD603的增益控制功能。AGC檢波由9018完成,9018同時(shí)送出AGC控制電壓。完整的放大器及AGC電路如圖2所示。經(jīng)兩級(jí)AD603放大的信號(hào),一路由J2送入下一級(jí)信號(hào)通道,另一路則由C10輸入到9018用于AGC檢波。9018的發(fā)射極PN結(jié)完成AGC檢波,并由集電極經(jīng)電容CAGC濾波后送出AGC控制電壓VAGC。輸入信號(hào)增大時(shí),9018的基極瞬時(shí)電流也增大,相應(yīng)的集電極電流也跟著增大,從而R7兩端的瞬時(shí)壓降也增大,則集電極瞬時(shí)電壓減小,經(jīng)濾波后得到的VAGC也相應(yīng)減小;同樣,輸入信號(hào)減小時(shí),VAGC則會(huì)增大,即VAGC與輸入信號(hào)的強(qiáng)度成反比,符合AGC電壓反向控制要求。AD603的2腳對(duì)地壓降固定,1腳對(duì)地壓降即為VAGC,從而1、2腳的電壓差V12受VAGC的控制。AD603的增益可表示為:G=40·V12+10。由此可見,隨著VAGC的增加,V12也增加,則AD603的增益變大;相反,若VAGC減小,V12也減小,則AD603的增益變小,從而使兩級(jí)AD603的輸出恒定在某個(gè)信號(hào)強(qiáng)度上。AGC時(shí)間常數(shù)的調(diào)整可以通過改變CAGC的容值來(lái)實(shí)現(xiàn)。agc控制電壓兩片AD603采用順序級(jí)聯(lián)模式有利于控制精度和信噪比的提高。而順序級(jí)聯(lián)模式要求在放大信號(hào)時(shí)先啟用第一片AD603的增益,用盡后再用第二片的增益。由AD603的增益計(jì)算公式可知,當(dāng)V12在-500～500mV之間時(shí),其增益在-10～30dB范圍內(nèi)變化,則兩片AD603的V12之間應(yīng)有1V的電壓差,反應(yīng)在圖2中,即兩片AD603的2腳之間有1V的壓降。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)留有一定的余量。將第一片AD603的增益范圍定為-6～30dB,則相應(yīng)的V12為-400～500mV,而其2腳已固定在5.5V,故1腳的控制電壓即VAGC應(yīng)為5.1～6V。第二片AD603的增益范圍定為-10～24dB,則相應(yīng)的V12為-500～350mV,而其2腳已固定在6.5V,故1腳的控制電壓即VAGC應(yīng)為6～6.85V,兩片順序級(jí)聯(lián)后的總增益范圍為-16～54dB,如圖3所示。由以上分析可知,當(dāng)AGC控制電壓VAGC從5.1V到6.85V變化時(shí),兩級(jí)AD603的總增益將從-16dB到54dB線性增加?，F(xiàn)在需要做的是調(diào)整9018的工作點(diǎn),使得當(dāng)輸入信號(hào)適當(dāng)變化時(shí),能夠從9018的集電極取出從5.1V到6.85V變化的AGC控制電壓VAGC。由圖2可以看出,VAGC的大小取決于R7的阻值和集電極電流的大小。在無(wú)信號(hào)輸入時(shí),調(diào)整9018的靜態(tài)工作點(diǎn),使9018發(fā)射極的PN結(jié)處于近似截止?fàn)顟B(tài),并調(diào)整R7的阻值使得VAGC為6.85V,此時(shí)兩級(jí)AD603的增益全部放開,即54dB;當(dāng)有信號(hào)輸入,但其信號(hào)強(qiáng)度尚不能使9018發(fā)射極的PN結(jié)導(dǎo)通時(shí),AGC處于失控狀態(tài),輸出信號(hào)將隨著輸入信號(hào)強(qiáng)度的增大而增大;當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度足以使9018發(fā)射極的PN結(jié)導(dǎo)通時(shí),9018處于AGC檢波狀態(tài),此時(shí)AGC開始起控,VAGC大約以25mV/dB的速率下降,直至下降到5.1V。對(duì)應(yīng)的兩級(jí)AD603的增益也開始逐漸從54dB下降到-16dB,先是第二級(jí)AD603的增益逐漸從24dB下降到-10dB,然后第一級(jí)AD603的增益也開始逐漸從30dB下降到-6dB。此時(shí),AGC進(jìn)入飽和點(diǎn),輸入信號(hào)強(qiáng)度再增大時(shí),AGC已失去控制作用,輸出信號(hào)又將隨著輸入信號(hào)強(qiáng)度的增大而增大。這就是AGC的整個(gè)控制過程,即隨著輸入信號(hào)強(qiáng)度的不斷增大,AGC將歷經(jīng)失控、開始起控、進(jìn)入飽和、再次失控的控制過程。agc起控點(diǎn)電路AGC起控點(diǎn)與飽和點(diǎn)的選取應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)計(jì)算。假設(shè)要求信號(hào)經(jīng)AGC放大后,其信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定在W(dBm),AGC增益范圍為Ga～Gb(dB),則AGC起控點(diǎn)電平(dBm)為W-Gb;AGC飽和點(diǎn)電平(dBm)為W-Ga。在應(yīng)用中,要求信號(hào)經(jīng)兩級(jí)AD603的放大后,其信號(hào)強(qiáng)度基本穩(wěn)定在-10dBm,而AGC增益范圍為-16～54dB,因此AGC起控點(diǎn)電平應(yīng)為-10-54=-64(dBm);AGC飽和點(diǎn)電平應(yīng)為-10-(-16)=6(dBm)。故此AGC所能處理的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為-64～6dBm,共70dB。AGC起控點(diǎn)的調(diào)整可通過改變R5的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上,改變R5的阻值也就是調(diào)整9018發(fā)射極的PN結(jié)壓降。此PN結(jié)用于AGC檢波時(shí),其壓降大約被偏置在500～700mV之間。假設(shè)在工作過程中此PN結(jié)的瞬時(shí)壓降為600mV時(shí),AGC開始起控,又假設(shè)要求的AGC起控點(diǎn)電平為-30dBm(20mV),那么,可以通過調(diào)整R5的阻值使得此PN結(jié)被偏置在580mV,則當(dāng)輸入信號(hào)電平達(dá)到20mV時(shí),此PN結(jié)的瞬時(shí)壓降為600mV,AGC開始起控。以上只是定性的近似分析,在實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn)中,要根據(jù)測(cè)量結(jié)果,反復(fù)調(diào)整R5的阻值,才能滿足AGC起控點(diǎn)的要求。當(dāng)然,AGC起控點(diǎn)有一個(gè)下限。就圖2所示AGC控制電路來(lái)講,其AGC控制下限取決于9018發(fā)射極PN結(jié)壓降的調(diào)整精度,經(jīng)實(shí)際測(cè)量,此值大約在100μV(-76dBm)左右。號(hào)強(qiáng)度測(cè)量將整個(gè)電路按圖4所示連接進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試。在測(cè)試過程中,通過調(diào)整HP-8920A的可變衰減器來(lái)改變輸入信號(hào)強(qiáng)度的大小