射頻接收機(jī)前端AGC系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

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【摘要】本文主要是基于FPGA設(shè)計(jì)了射頻接收前端AGC系統(tǒng)電路。根據(jù)現(xiàn)有的AGC系統(tǒng)電路控制原理能夠獲悉，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)以及設(shè)計(jì)方案的選取主要是以ADL5330、A/轉(zhuǎn)換器等搭建設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)硬件電路。測試結(jié)果主要是讓系統(tǒng)電路在900~900MHz以及60dB輸入動(dòng)態(tài)范圍，輸出信號功率可以在16.5dBm的附近，且輸出功率可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】射頻接收機(jī)；前端agc系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)分析

電子系統(tǒng)多是處理幅度變化不是很明顯的信號，若信號過大會(huì)對系統(tǒng)造成影響，使系統(tǒng)過載。但若信號太小會(huì)在信號較弱的情況下部分有用的信號會(huì)丟失，因而接受系統(tǒng)的初期需要根據(jù)現(xiàn)有的情況對AGC系統(tǒng)電路進(jìn)行設(shè)定，目的是讓系統(tǒng)的信號接受保持平衡。最終讓后續(xù)的設(shè)備能平穩(wěn)運(yùn)行，若出現(xiàn)高頻的情況，就要借助于高性能的數(shù)字AGC系統(tǒng)解決難點(diǎn)，并以FPGA為前提對AGC系統(tǒng)電路閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)。

1AGC系統(tǒng)控制原理

1.1基本原理

無線通信系統(tǒng)接收系統(tǒng)運(yùn)行中，多數(shù)使用閉環(huán)延遲的方式對ACG系統(tǒng)進(jìn)行控制.AGC系統(tǒng)可以直接分為控制環(huán)路與受控放大器量大模塊系統(tǒng)。在AGC系統(tǒng)的輸入信號發(fā)生變化以后，控制環(huán)路的輸電電壓才能保持在電壓為零的狀態(tài)，此刻就相當(dāng)于環(huán)路與系統(tǒng)斷開。此時(shí)，若不對AGC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)增益，那么AGC系統(tǒng)的增益性就要控制在最小信號輸入值內(nèi)。

1.2穩(wěn)定度分析

應(yīng)用中，分析AGC閉環(huán)系統(tǒng)函數(shù)，可以借用圖2的方式對函數(shù)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。圖1中KVGA是可變增益放大器增益，可以在單位范圍內(nèi)對電壓的增益情況進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最大增益變化值；KDET是檢波器的檢波增益，主要是在單位范圍內(nèi)根據(jù)功率的輸入和輸出情況對增益效果的影響。

2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)存在難點(diǎn)

2.1難點(diǎn)

當(dāng)前系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中存有的難點(diǎn)有：①電路匹配問題，既在規(guī)定的900~990MHz寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)60dB的動(dòng)態(tài)范圍，具體的增益平坦度可以小于等于3dB，雖然實(shí)現(xiàn)這一數(shù)值是有一定的難度的，因而電路設(shè)計(jì)過程中需要讓噪音與功率兩者能更好的進(jìn)行匹配，用以設(shè)計(jì)好抗阻讓其匹配；②信號耦合：A/D轉(zhuǎn)化器能從數(shù)據(jù)端口獲得對應(yīng)數(shù)據(jù)信息，然后在定向耦合過程中使用取樣的方式完成寬帶耦合，讓電阻的阻力減少，但是現(xiàn)在市面上使用較多的寬帶耦合器的接口多使用SMA接頭。雖然能讓其抗阻能力增強(qiáng)，但是這種裝置的特點(diǎn)之一是相對面積大，導(dǎo)致占地面積也隨之增大，這將十分不利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)小而優(yōu)的特點(diǎn)實(shí)施；③選擇壓控可變增益器。a.選取的可變增益器由于自身性能較高，所以不但可以滿足現(xiàn)有的指標(biāo)要求，同時(shí)也在留有一定余量的情況讓電阻的可抗性系數(shù)降低。b.為能讓信號系統(tǒng)在經(jīng)由AGC系統(tǒng)后還能保持原有的性能，就要在寬頻帶內(nèi)選擇與之相對的線性性能較好的信號系統(tǒng)。c.電磁兼容問題。信號在傳輸中受到工作頻段的影響，先要考慮是否能通過降低磁場感染能否讓電磁在信號傳輸中減少影響。d.考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)上述情況能獲悉一點(diǎn)，既系統(tǒng)的誤差值是受到兩個(gè)重要因素影響的，分別是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差與壓控可變增益，所以要探究清楚這兩個(gè)放大器集成芯片的參數(shù)需求值。

2.2難點(diǎn)解決方案

解決匹配問題的最好方式是以純電阻阻抗匹配為設(shè)計(jì)擊穿，通過變壓器進(jìn)行電路傳輸，降低電常數(shù)介質(zhì)損失因素，并從布局上考慮旁路，進(jìn)而對其進(jìn)行改善，通過消除電磁感應(yīng)能讓信號問題得到切實(shí)保障。通常情況下信號耦合問題的產(chǎn)生，一方面是在耦合器難度較大的情況下讓耦合器的耦合度和隔離度方向保持一致。故此，本設(shè)計(jì)是借用二公分器的方式代替耦合器。選取功分器的時(shí)候需要根據(jù)功分器的具體情況，選擇適宜其使用的功分器，建議使用0603的貼片做封裝，這能在1GHz的頻率范圍讓其使用高度能達(dá)到統(tǒng)一，盡量控制封裝范圍；壓控可變增益放大器在內(nèi)容選擇上，先要從寬頻范圍的角度考慮問題，然后讓增益范圍的高線性得到保障，并使用dB實(shí)現(xiàn)增益信號功能控制，進(jìn)而滿足信號的輸入與輸出。

2.3電路設(shè)計(jì)

ADL5330主要是在寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的壓控增益dB單位的線性變換，為能讓可變性增益放大器的作用發(fā)揮到極限，可以在單位時(shí)間內(nèi)控制好電壓變化增值產(chǎn)生的額度變化值。

2.4系統(tǒng)電路優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)電路的優(yōu)點(diǎn)可以分為如下兩方面：①體積輕小：在電源輸出和轉(zhuǎn)換部分，設(shè)置電源外界口，使用其他元器件做封裝元器件貼片處理；信號耦合時(shí)可以使用0603貼片功分器進(jìn)行替代；②高靈敏度和穩(wěn)定性；大的寬帶和大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)由于其平坦度較好所以有利于提高系統(tǒng)的靈敏度。

3系統(tǒng)硬件測試

測試方法：先使用信號發(fā)生器把信號直接輸入到AGC系統(tǒng)電路內(nèi)，然后通過頻譜儀觀察機(jī)制對信號進(jìn)行輸入和輸出，最終讓信號的頻譜和功率達(dá)到最佳狀態(tài)。具體的輸入信號能達(dá)到900MHz，功率為-30dBm時(shí)，使用頻譜儀測得輸出的信號功率為-17.17dBm。根據(jù)現(xiàn)有的測試結(jié)果能獲悉，AGC系統(tǒng)中存在900~990MHz頻段和60dB輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的輸出功率具體的平坦度在小于1.5dB；輸出信號功率可以通過可調(diào)節(jié)的Vest值進(jìn)行改變，可以調(diào)控的范圍是大于10dB；控制信號能讓輸入信號更好的進(jìn)行跟蹤，從而讓信號的輸入與輸出保持穩(wěn)定。

4結(jié)束語

該AGC系統(tǒng)電路主要是集中在900~990MHz以及60dB的輸入動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)，讓輸出功率素質(zhì)在-16.5dBm。根據(jù)當(dāng)前的測試結(jié)果能了解到，系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)符合電路設(shè)計(jì)要求，并在設(shè)計(jì)初期考慮到噪音的可抗性，因而應(yīng)對其進(jìn)行測試。噪音的出現(xiàn)究其源頭是一級線路，所以應(yīng)接入AGC系統(tǒng)輸入信號，用以改變現(xiàn)有的噪音值。在90MHz寬帶范圍內(nèi)輸入信號不但能讓信號的整體平坦度達(dá)到現(xiàn)有要求，也能在信號高頻段輸入和輸出時(shí)有區(qū)別，從而能根據(jù)具體的情況使用阻抗匹配的方式讓其兼容性得以改善。

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作者:馬志曉 單位:揚(yáng)州航盛科技有限公司產(chǎn)品研發(fā)部硬件開發(fā)科