基于數(shù)字補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)自動(dòng)增益控制技術(shù)研究

闡述了基于前饋技術(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)增益控制的原理及同步和數(shù)字補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；介紹了在通信分析儀中的具體應(yīng)用。采用的實(shí)時(shí)自動(dòng)增益控制電路利用信號(hào)通路的延遲特性，精確控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步，實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)增益，在數(shù)字域補(bǔ)償誤差，擴(kuò)展系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。該技術(shù)成功應(yīng)用于通信分析儀，并在雷達(dá)、電子對(duì)抗和接收機(jī)中得到推廣。
關(guān) 鍵 詞 模數(shù)轉(zhuǎn)換器; 動(dòng)態(tài)范圍; 數(shù)字補(bǔ)償; 實(shí)時(shí)自動(dòng)增益控制

Research on Real-Time Automatic Gain Control Based on Digital Compensation
HAN Yao，QIN Kai-yu，PENG Qi-zong
(School of Automation Engineering, Univ. of Electron. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054)
Abstract This paper introduces the principle of real-time automatic gain control based on feed forwarding technology, and the realization of the critical technologies including digital compensation and synchronization, as well as, the specific application of communication analyzing instrument. The real-time automatic gain control makes full use of the delay feature of signal channel, and controls the synchronization of ADC precisely, and adjusts the signal gain in real-time, and compensates the error in digital domain, at last, this kind of technology expands the dynamic range of system ADC. This technology has been applied to the communication analyzing instrument; meanwhile, it can be extended to the field of radar, anti-electronic and receiver.
Key words analog digital converter; dynamic range; digital compensate; real-time automatic gain control

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog Digital Converter，ADC)在數(shù)字接收機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，通信中不斷采用的新技術(shù)，對(duì)接收機(jī)的ADC在采樣速度和動(dòng)態(tài)范圍提出了更高的要求。在實(shí)際使用中，由于量化噪聲、孔徑抖動(dòng)、差分非線性失真、熱噪聲等誤差源的影響，引起ADC輸入動(dòng)態(tài)范圍及有效輸出位數(shù)的下降，從而限制了中頻信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)法同時(shí)滿足速度和動(dòng)態(tài)范圍的需求[1-2]。為了提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，接收機(jī)中普遍采用自動(dòng)增益控制電路(Automatic Gain Control，AGC)。傳統(tǒng)接收機(jī)采用非實(shí)時(shí)AGC電路，由于它采取反饋形式，因而不是完全實(shí)時(shí)的。
本文提出一種實(shí)時(shí)AGC技術(shù)，它充分利用信號(hào)通路延遲，實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)增益，滿足ADC優(yōu)化采樣的要求，減少量化誤差的影響，同時(shí)保證信號(hào)分析的實(shí)時(shí)性，很好地解決了非實(shí)時(shí)AGC的缺陷，因而實(shí)時(shí)性是其區(qū)別于以往AGC電路最大的優(yōu)點(diǎn)。
1 實(shí)時(shí)AGC原理
實(shí)時(shí)AGC原理如圖1所示。單級(jí)前置濾波器的輸出送到檢波器和抗混疊濾波器，濾除帶外信號(hào)，避免采樣后產(chǎn)生頻譜混疊。抗混疊濾波器有很多級(jí)，具有群延遲特性。對(duì)于一個(gè)輸入射頻信號(hào)，經(jīng)下變頻到中頻后，在通過(guò)抗混疊濾波器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超過(guò)一定ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期的延遲。
信號(hào)延遲使AGC在ADC對(duì)輸入信號(hào)采樣之前有充足的時(shí)間辨識(shí)即將進(jìn)來(lái)的信號(hào)。檢波器獲取信號(hào)的幅度信息后，送入量化器中轉(zhuǎn)化為檔位信號(hào)，規(guī)則處理器則根據(jù)檔位信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的增益調(diào)節(jié)，從而完成AGC的增益處理過(guò)程。當(dāng)中頻輸入信號(hào)為大信號(hào)時(shí)，根據(jù)它的基本邏輯規(guī)則降低程控放大/衰減器的增益，防止削頂失真。如果信號(hào)包絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間里保持較小，自動(dòng)量程電路提高增益來(lái)減小量化噪聲。ADC后的數(shù)字增益相應(yīng)變化以補(bǔ)償前面的模擬增益，從而恢復(fù)出中頻輸入信號(hào)[3]。
該AGC技術(shù)采取前饋形式，在信號(hào)到達(dá)ADC前完成信號(hào)調(diào)理，保證了ADC的輸入在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。后級(jí)數(shù)字補(bǔ)償完成對(duì)模擬調(diào)理的恢復(fù)。整個(gè)電路可以視為完成指定動(dòng)態(tài)范圍的ADC處理模塊，它降低了中頻接收機(jī)對(duì)高速ADC大動(dòng)態(tài)范圍的要求。