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射頻接收機前端AGC系統的電路設計論文
【摘要】本文主要是基于FPGA設計了射頻接收前端AGC系統電路。根據現有的AGC系統電路控制原理能夠獲悉，系統設計的難點(diǎn)以及設計方案的選取主要是以ADL5330、A/轉換器等搭建設計完成的系統硬件電路。測試結果主要是讓系統電路在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)行調節。
【關(guān)鍵詞】射頻接收機；前端AGC系統；電路設計分析
電子系統多是處理幅度變化不是很明顯的信號，若信號過(guò)大會(huì )對系統造成影響，使系統過(guò)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，因而接受系統的初期需要根據現有的情況對AGC系統電路進(jìn)行設定，目的是讓系統的信號接受保持平衡。最終讓后續的設備能平穩運行，若出現高頻的情況，就要借助于高性能的數字AGC系統解決難點(diǎn)，并以FPGA為前提對AGC系統電路閉環(huán)系統進(jìn)行數字化設計。
1AGC系統控制原理
1.1基本原理
無(wú)線(xiàn)通信系統接收系統運行中，多數使用閉環(huán)延遲的方式對ACG系統進(jìn)行控制.AGC系統可以直接分為控制環(huán)路與受控放大器量大模塊系統。在A(yíng)GC系統的輸入信號發(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)，此刻就相當于環(huán)路與系統斷開(kāi)。此時(shí)，若不對AGC系統進(jìn)行調節增益，那么AGC系統的增益性就要控制在最小信號輸入值內。
1.2穩定度分析
應用中，分析AGC閉環(huán)系統函數，可以借用圖2的方式對函數的框架結構進(jìn)行分析。圖1中KVGA是可變增益放大器增益，可以在單位范圍內對電壓的增益情況進(jìn)行調整，實(shí)現最大增益變化值；KDET是檢波器的檢波增益，主要是在單位范圍內根據功率的輸入和輸出情況對增益效果的影響。
2系統電路設計存在難點(diǎn)
2.1難點(diǎn)
當前系統電路設計中存有的難點(diǎn)有：①電路匹配問(wèn)題，既在規定的900~990MHz寬頻帶內實(shí)現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)現這一數值是有一定的難度的，因而電路設計過(guò)程中需要讓噪音與功率兩者能更好的進(jìn)行匹配，用以設計好抗阻讓其匹配；②信號耦合：A/D轉化器能從數據端口獲得對應數據信息，然后在定向耦合過(guò)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，但是這種裝置的特點(diǎn)之一是相對面積大，導致占地面積也隨之增大，這將十分不利于系統設計時(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(mǎn)足現有的指標要求，同時(shí)也在留有一定余量的情況讓電阻的可抗性系數降低。b.為能讓信號系統在經(jīng)由AGC系統后還能保持原有的性能，就要在寬頻帶內選擇與之相對的線(xiàn)性性能較好的信號系統。c.電磁兼容問(wèn)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(guò)降低磁場(chǎng)感染能否讓電磁在信號傳輸中減少影響。d.考慮系統的穩定性，根據上述情況能獲悉一點(diǎn)，既系統的誤差值是受到兩個(gè)重要因素影響的，分別是系統穩態(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需求值。
2.2難點(diǎn)解決方案
解決匹配問(wèn)題的最好方式是以純電阻阻抗匹配為設計擊穿，通過(guò)變壓器進(jìn)行電路傳輸，降低電常數介質(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(guò)消除電磁感應能讓信號問(wèn)題得到切實(shí)保障。通常情況下信號耦合問(wèn)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，本設計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到統一，盡量控制封裝范圍；壓控可變增益放大器在內容選擇上，先要從寬頻范圍的角度考慮問(wèn)題，然后讓增益范圍的高線(xiàn)性得到保障，并使用dB實(shí)現增益信號功能控制，進(jìn)而滿(mǎn)足信號的輸入與輸出。
2.3電路設計
ADL5330主要是在寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍內實(shí)現的壓控增益dB單位的線(xiàn)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)間內控制好電壓變化增值產(chǎn)生的額度變化值。
2.4系統電路優(yōu)點(diǎn)
系統電路的優(yōu)點(diǎn)可以分為如下兩方面：①體積輕�。涸陔娫摧敵龊娃D換部分，設置電源外界口，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高靈敏度和穩定性；大的寬帶和大動(dòng)態(tài)范圍內由于其平坦度較好所以有利于提高系統的靈敏度。
3系統硬件測試
測試方法：先使用信號發(fā)生器把信號直接輸入到AGC系統電路內，然后通過(guò)頻譜儀觀(guān)察機制對信號進(jìn)行輸入和輸出，最終讓信號的頻譜和功率達到最佳狀態(tài)。具體的輸入信號能達到900MHz，功率為-30dBm時(shí)，使用頻譜儀測得輸出的信號功率為-17.17dBm。根據現有的測試結果能獲悉，AGC系統中存在900~990MHz頻段和60dB輸入動(dòng)態(tài)范圍內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(guò)可調節的Vest值進(jìn)行改變，可以調控的范圍是大于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定。
4結束語(yǔ)
該AGC系統電路主要是集中在900~990MHz以及60dB的輸入動(dòng)態(tài)范圍之內，讓輸出功率素質(zhì)在-16.5dBm。根據當前的測試結果能了解到，系統電路的設計指標應符合電路設計要求，并在設計初期考慮到噪音的可抗性，因而應對其進(jìn)行測試。噪音的出現究其源頭是一級線(xiàn)路，所以應接入AGC系統輸入信號，用以改變現有的噪音值。在90MHz寬帶范圍內輸入信號不但能讓信號的整體平坦度達到現有要求，也能在信號高頻段輸入和輸出時(shí)有區別，從而能根據具體的情況使用阻抗匹配的方式讓其兼容性得以改善。
參考文獻
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