一种变时间常数自动增益控制环路与算法设计

许志鹏，余 剑

（电子工程学院, 合肥 230037）

0 引言

AGC系统广泛应用于通信、雷达、导航等接收机中[1-3]。AGC系统由可控增益放大器与控制电路组成[4]。而据文献[5]的推导，对于时间常数恒定的AGC系统，一旦电路中的参数确定，则系统对输入的响应时间确定，不随输入信号的大小改变而改变。如90%、95%、98%稳定时间[6-7]分别对应 2．3τ、3τ、3．9τ（τ为系统的时间常数）。如果τ较小，即AGC系统响应较快的话，系统对干扰脉冲能起到明显的削弱作用，但是此时对有用的低电平信号又将产生不可避免的反调制失真；如果τ较大，即AGC系统响应较慢的话，系统的反调制失真虽小，但是对大信号来不及响应，这又容易造成接收机阻塞[8]。

针对恒定时间常数的AGC系统的不足，本文设计了一种变时间常数的AGC系统，使得在输入信号较大时系统能够快速响应，使输出迅速达到稳定值，防止接收机阻塞；当有用的小信号进入时，使输出缓慢变化，从而减小反调制失真。推导过程与仿真结果均表明，本文提出的方法能够达成这两个目的，在一定程度上克服恒定时间常数AGC系统的不足。

1 AGC系统架构

本文提出的基于对数模型的AGC架构如图1所示， 受控放大器的放大特性为：

式中Vin(t)、Vo(t)分别为系统的输入与输出信号，V(t)为输出信号的包络，M、N、K、E均为常数。

图1 AGC架构图

2 系统分析

2.1 系统稳定性证明

由式（4）、（5）可知，该系统是稳定的。

2.2 控制电压Vc(t)的上升规律

Vc(t)的上升时间亦即响应时间tc，是指Vc(t)上升到稳定值的Q（Q为介于0与1之间的常数）倍所需要的时间[3]。

2.3 Vo(t)的下降规律

由(1)和(3)可得：

3 仿真验证

令M=0，N=-0．3，K=1 000，E=0．1， 则为VA=2．5，VA=7．5 的两个等幅正弦信号 (如图 2所示)进行处理，其输出值分别对应于图3中上下图。

图4所示为图3中输出信号的包络，由图可以明显看出，VA=7．5时，输出信号下降迅速，很快就达到稳定值；VA=2．5时，输出信号变化缓慢，输出值达到稳定值的速度明显慢于VA=7．5时输出信号达到稳定值的速度。

4 结论

本文设计并实现了一种使得AGC环路时间常数可变的算法，输入信号电平越大响应速度越快，使得输出值迅速降下来，接收机不至于饱和；相反，输入信号电平越小响应速度越慢，使得输出值缓慢变化，减小了反调制失真。具有恒定时间常数AGC系统所不具备的优点，对AGC设计人员具有一定的帮助。

[1] ELWAN H O，ISMAIL M．Digitally programmable decibel—linear CMOS VGA for low-power mixed-signal applications[J]．IEEE Transactions on Circuits and Systems-II Analog and Digital Signal Processing, IEEE,2000,47(5):388-398．

[2] SAHOTA G S PERSICO C J． High Dynamic range variable-gain amplifier for CDMA wireless applications[C]//International Solid-State Circuits Conference,IEEE,1997:374-375．

[3] 袁孝康．自动增益控制与对数放大器[M]．北京:国防工业出版社,1987．

[4] 李学初,高清运,秦世才．混合模式AGC设计[J]．电子与信息学报,2007,29(11):2791-2794．

[5] 毕无敌,张洪军．自动增益控制（AGC）电路特性研究[J]．山东师大学报,1993,41(8):31-35．

[6] 张立志,饶龙记,邬江兴．自动增益控制环路方程的一种简化处理方法及环路稳定时间分析[J]．通信学报,2005, 26(6):94-99．

[7] 彭晓霜,杨志敏,李式巨．对数自动增益控制环路全数字实现[J]．浙江大学学报:工学版,2009,43(11):1966-1969．

[8] 龙德浩．一个变时间常数的自动增益控制电路[J]．电子学报,1981(03)．