無線電系統中，由于受發射功率大小、收發距離遠近和電波傳播衰落等各種因素的影響，接收機所接收的信號強弱變化范圍很大，信號強度的變化可從幾微伏到幾百毫伏[1]，有幾十甚至上百dB的變化，在現在的數字中頻接收機中，把A/D變換前移到了中頻部分，因為A/D變換的動態范圍只有20～30dB，要求射頻低噪聲放大器(LNA)和自動增益控制(AGC)電路能夠提供大動態、高靈敏度、寬帶放大[2]。

　　【摘 要】主要介紹了一種適用于225―512MHz的寬帶數字中頻AGC接收機的設計，該接收機的信號帶寬是5MHz，OFDM調制。通過對寬帶信號接收機的需求進行分析，詳細闡述了AGC電路及控制方案的逐步實現過程。

　　【關鍵詞】科技信息,AGC,UHF,寬帶,數字中頻接收機

　　1 UHF接收機的設計目標

　　本文所設計的接收機用于5MHz帶寬的設備中，接收機的射頻信號輸入范圍是225―512MHz，輸入幅度-100～+10dBm，接收機的輸出是70MHz中頻信號，輸出信號幅度要求是-25～-5dBm。

　　接收機采用超外差結構，一次變頻，其基本結構如圖1所示。

　　2 AGC動態范圍的計算

　　根據上文，接收機的輸入最小信號是-100dBm，輸出最小幅度要求是-25dBm，因此最大增益是： -25-(-100)=75dB。

　　接收機的最大輸入是10dBm，最大輸出信號是-5dBm，因此最小衰減量是：10-(-5)=15dB。

　　因此，AGC要實現的控制范圍是-15～+75dB，則整個接收通道的AGC動態范圍要求是大于75-

　　(-15)=90dB。

　　3 可變增益放大(VGA)的設計

　　VGA單元可以用模擬手段及數字手段實現，但由于模擬AGC難以實現復雜、靈活的AGC控制算法，所以很難滿足寬帶多載波、多模式數字中頻電路AGC的控制要求[3]。

　　為了實現精確增益可控，本設計采用數控衰減器+固定增益放大器的方式(見圖2黑色框部分)，利用數控衰減器，通過控制它的衰減量大小來調整增益大小或者是采用數字器件通過數字方法實現增益的控制[4]，這樣可以實現精度為1dB的增益控制，選用的固定增益放大器是SGA-4586Z，選用的數控衰減器是 HMC470LP3E。

　　SGA-4586Z可以在70MHz提供大約28.5dB的增益，HMC470LP3E的衰減可控范圍是0～31dB，控制精度1dB，因此使用這兩個器件組合可以實現-2.5～+28.5dB的VGA。

　　4 信號強度檢測點的設計

　　信號幅度檢測電路是信號數據流的幅度檢測電路，可通過峰值檢測電路或均值檢測電路實現[5]，AGC系統需要在接收通道中設置信號強度檢測位置來采集接收通道各處的信號能量，通過確認各處的信號強度安排合理的通道增益，保證輸出中頻信號落在要求的范圍內。

　　信號強度檢測需要兼顧到射頻部分及中頻部分，因此在第一級調諧濾波器、第一級和第二級中頻濾波器后加入場強檢測電路(見圖2和圖4中的場強檢測部件)，用于檢測該處的信號強度。

　　5 中頻部分的增益及AGC實現

　　接收機中頻部分只對中頻頻率進行濾波和放大處理，因為處理的頻率單一，應該將大部分AGC控制范圍放在這個部分，所以本設計在中頻頻段放置2級VGA電路。

　　中頻部分放置了2個SAW濾波器，每個插損為6dB，因此還需要在中頻部分加入一個補償放大器，用于補償中頻濾波器產生的12dB的通道損耗。中頻部分功能框圖如圖2所示。

　　由于用了一個放大器來補償中頻濾波器的插損，所以2級VGA能夠給中頻-57～-5dB的增益可調范圍。

　　6 射頻部分的增益AGC

　　由于中頻部分只能提供5dB的最大衰減量和57dB的最大增益，因此射頻部分還要能夠提供最少10dB的衰減量和最少18dB的放大量。

　　按照中頻的VGA的處理辦法，使用VGA代替LNA，得到如圖3所示的射頻VGA電路。但是，如果在射頻部分使用VGA來代替LNA，會使得接收機的噪聲系數變得很差，影響接收機的性能。

　　7 射頻部分電路的優化

　　為了避免使用VGA直接代替LNA引起的接收性能變差的問題，需將射頻部分電路進行優化，具體優化措施如下：

　　(1)將LNA的增益分攤到2個放大器上，由于LNA要大于22dB，如果考慮射頻部分調諧濾波器的插損及混頻器的變頻損耗，使用2個14dB低噪聲放大器來代替圖3的低噪放。

　　(2)第二級放大器放置在次級調諧濾波器之后，并與HMC470LP3E組成VGA，可實現17dB的插損及最大14dB的增益可調范圍。

　　(3)第一級低噪放采用開關來選擇放大及直通，進行增益調節，規定當輸入信號大于5dBm時打開直通通路，保證接收機處于線性狀態。

　　按照優化措施改進后，射頻部分構成如圖4所示。

　　8 AGC的控制辦法

　　AGC的控制辦法是把強度檢測后的信號進行A/D采樣保持，通過CPU對檢波的數據進行比較判決[6]，并計算出送給數控衰減器的控制數據，用數據來控制數控衰減器，以達到控制增益的目的，形成了如圖5所示的數字閉環AGC：

　　射頻部分的圖4和中頻部分的圖2構成了整個具有AGC功能的接收機，共有4個可以控制增益的位置，分別是：第一級低噪放放大直通選擇、射頻第一級VGA、中頻第一級VGA及中頻第二級VGA。

　　接收機傳輸的是帶寬為5MHz的寬帶信號，該信號對接收機的線性度有要求，因此要保證在整個通路中，不要有器件工作在飽和區。在接收通路中，信號經過各級放大濾波后，越靠近中頻輸出端口，信號能量就越大，因此越靠近中頻輸出，放大器就越接近飽和工作區。 　　為此，各級VGA都應該有調整增益的優先級，根據各個放大器進入飽和工作區的先后順序，進行調制控制的優先順序為：中頻第二級VGA>中頻第一級VGA>射頻第一級VGA>第一級低噪放放大直通選擇。

　　通過設定調制的優先順序后，可以保證通道內各器件在各種增益條件下處于線性工作狀態，確保了接收通道的線性。

　　9 接收通道的AGC行為分析

　　通過設定接收通道的AGC控制辦法及各級VGA的控制順序后，對接收通道的AGC進行行為分析，結果如圖6所示：

　　根據圖6可見，信號從-100dBm逐級增大到+10dBm的過程中，輸出信號落在-20.2～-10.3dBm，滿足-25～-5dBm的設計要求。同時，在輸入信號不斷加大的過程，各級AGC也是按照預先設定好的調整順序先后起到增益調整的作用。

　　在輸入信號由0dBm到10dBm變化時，第一級低噪放的增益直通開關狀態變成直通狀態，使信號直通，符合設計的要求，保證了后續電路工作在線性區內。

　　10 結論

　　本文主要介紹了一種寬帶接收機的AGC設計思路，并詳細解析從設計需求、通道搭建到AGC行為分析的設計過程。由于設計中設定的電路模塊參數和實際器件特性一致，所以實物的測試結果與圖6的設計結果基本相同。

　　在設計中，將設備中的數字控制資源與AGC功能進行結合，可以獲取精確的AGC控制，同時也能用數字資源來實現復雜的AGC控制，具有很好的拓展性，便于AGC接收機適應各種復雜的工作環境。

　　參考文獻：

　　[1] 曾興雯，劉乃安，陳健. 高頻電路原理與分析[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2005.

　　[2] 王利眾，費元春，郭德淳. 數字接收機中頻電路的研究[J]. 電訊技術， 2002(1)： 39-41.

　　[3] 曹鵬，費元春. 大動態寬帶數字中頻AGC系統的設計[J]. 北京理工大學學報， 2003(5)： 613-616.

　　[4] 鄭生華. 振幅和差單脈沖雷達接收機高幅-相一致性AGC的設計[J]. 現代電子， 2000(4)： 37-40.