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基于AD8367的自動控制增益模塊的設(shè)計

     摘 要: 首先介紹了自動增益控制模塊在接收機系統(tǒng)中的作用以及AD8367的電氣特性, 然后詳細分析了自動增益控制模塊的設(shè)計方案, 最后給出了自動增益控制模塊(AGC)的實物。測試結(jié)果表明基于AD8367設(shè)計的自動增益控制模塊滿足性能指標的要求。

　　無線通信接收機的主要任務(wù)是從眾多的電波中選出有用信號, 并將有用信號下變頻到基帶信號。但由于各種原因(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,接收機環(huán)境的變化, 以及人為產(chǎn)生的噪聲對接收機的影響等), 接收機的輸入信號變化范圍往往很大, 這個變化范圍稱為接收機的動態(tài)范圍, 為保證接收機能夠有效的處理動態(tài)信號, 通常接收機中頻電路中都設(shè)計有自動增益控制(AGC)電路, 它使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化. 自動控制增益電路在光纖通信, 微波通信, 衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1 AGC的設(shè)計原理與AD8367簡介

　　AGC是一個閉環(huán)負反饋自動控制系統(tǒng), 能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益, 使其在不同的輸入信號強度下都能產(chǎn)生幾乎恒定的輸出電平, 從而大大增加了整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍, 改進了系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的AGC環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 AGC的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　AGC實際上是一個直流電壓負反饋系統(tǒng), 它有四個模塊構(gòu)成: 可變增益放大器(VGA)、峰值檢測器、低通濾波器以及差分放大器或比較器�？勺冊鲆娣糯笃骶哂幸粋�增益控制輸入端, 增益大小受到增益控制端輸入信號的控制; 峰值檢測器對VGA輸出信號的包絡(luò)進行檢波, 檢波后的結(jié)果送到低通濾波器進行濾波, 取出VGA輸出信號幅度的平均值送到差分放大器中, 并與一個參考電平進行比較, 根據(jù)比較結(jié)果動態(tài)調(diào)整VGA的增益, 使輸出信號幅度保持在一個恒定的電平值上。

　　本文所設(shè)計的AGC采用AD公司的AD8367芯片。它由單電源5V供電, 輸入電阻為200 8 , 具有45 dB的增益控制范圍, 工作范圍從0 到500MHz,它有兩種線性增益控制模式: 增益上升模式和增益下降模式, 如圖2所示。

圖2 增益上升和下降模式。

　　由于采用的是最新研制的X2AMP結(jié)構(gòu), 增益響應(yīng)的范圍、平滑性和準確度都非常理想, 所以它適合作為中頻自動控制增益放大器, 圖3 是它的結(jié)構(gòu)圖。

圖3 AD8367的結(jié)構(gòu)圖。

　　AD8367的主要技術(shù)指標如表1所示:

表1 AD8367的主要技術(shù)指標

　　2 AGC的設(shè)計思路和實現(xiàn)方案

　　圖4是采用AD8367芯片和利用反饋控制技術(shù)實現(xiàn)的自動增益控制電路。它有兩種工作模式: 上升增益模式和下降增益模式。

圖4 基于AD8367的自動控制增益電路。

　　2. 1 設(shè)計思路

　　參考AD8367 的規(guī)格書, 輸入輸出阻抗為200 8, 而要在特性阻抗為50 8 的系統(tǒng)電路中使用AD8367, 必須在輸入輸出端口進行阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。根據(jù)50 8 匹配規(guī)則, 選用的匹配網(wǎng)絡(luò)如圖4所示, 由于此匹配網(wǎng)絡(luò)采用了電阻匹配網(wǎng)絡(luò), 所以輸入輸出都有衰減, 經(jīng)測試結(jié)果得知輸入輸出各衰減約11. 5 dB, 如果采用電容、電感進行匹配, 經(jīng)測試結(jié)果得知衰減約6 dB, 輸入輸出匹配電路如圖5 所示。

　　同時可以通過MODE 管腳來設(shè)置上升增益模式和下降增益模式。

圖5 為輸入輸出匹配電路。

　　2. 2 實現(xiàn)的方案

　　AD8367的增益控制電壓范圍是0~ 1 V, 如果想設(shè)計成電壓控制增益(VGA), 則可以外加0~ 1 V的電壓控制電路, 本實驗是設(shè)計AGC, 可以利用AD8367的DETO管腳來作為增益控制電壓, DETO管腳是接收強度指示標志, 它的輸出范圍在0~ 1 V之間, 可以作為AGC的增益控制電壓。在實際應(yīng)用電路中可設(shè)置開關(guān)來控制模式的選擇。如圖4 所示, 如果SW1向下, 則為AGC, 如果SW1向上, 則必須有外加的增益電壓控制電路來設(shè)計成VGA。

　　3 AGC的實物圖與測試結(jié)果

　　通過以上分析, 我們借助多種計算機輔助設(shè)計工具設(shè)計并制作了一款基于AD8367的自動控制增益模塊, 并得到了良好的使用效果。采用AgilentESG2D系列的E 4430信號發(fā)生器和HP 8594 E頻譜分析儀進行測量, 測試結(jié)果如表2所示。AGC實物如圖6所示。

表2 測試結(jié)果單位: dBm

圖6 AGC的實物圖。

　　4 總結(jié)

　　本論文設(shè)計了基于AD8367 的AGC自動增益控制模塊。AD8367具有有低成本、低功耗、性能優(yōu)越的特點。高集成度使安裝在芯片以外的接收機部件極少, 節(jié)約了相當大的印制板空間, 降低了組件成本。本論文設(shè)計的AGC工作在5V直流電壓下, 動態(tài)增益控制范圍大于35, 同時具有較好的線性度,通過SW1 和SW2 的設(shè)置, 可以使AD8367工作在VGA和AGC兩種不同的工作模式。它常應(yīng)用在中頻放大需要壓控增益的接收機中, 具有良好的使用效果。