一种新型级联式AGC电路设计

林翼露,夏 羽,毛闵军

（上海宇航系统工程研究所,上海,201109）

一种新型级联式AGC电路设计

林翼露,夏 羽,毛闵军

（上海宇航系统工程研究所,上海,201109）

本文设计了一种新型级联式AGC电路，将常规的一级控制分拆为级联控制，同时采用锁相环技术提取后级的反馈控制信号。电路设计与测试结果表明，这种新型级联式AGC电路可以适应大动态范围的信号接收，提高微小信号接收时增益控制精度。

自动增益控制（AGC）;级联设计

0 引言

自动增益控制（Automatic Gain Control）电路是电子信号接收系统中的重要组成电路，可以实现在输入信号幅度变化较大的情况下，输出信号幅度恒定或在较小范围内变化，广泛应用于航空、航天、雷达及通信等各领域。

AGC电路的基本原理是产生一个随接收信号幅度变化而变化的信号，将此信号作为控制信号去控制接收电路中放大部件的增益，使接收电路的总增益按照一定规律变化，达到控制信号输出幅度的目的。

AGC电路主要有控制电路和被控电路两部分组成。控制电路负责AGC控制电压的产生，是整个电路的核心控制部分；被控电路负责按控制电路的控制电压改变接收系统的增益。

AGC电路的主要指标参数有：增益控制范围；控制精度；控制响应时间；信噪比等。

1 常规AGC电路设计

如图1所示，传统的信号接收系统中，由于增益控制范围、控制精度和控制响应时间等的限制，基本采用在信道中的放大电路中增加可调衰减器，从信号的接收末端引出信号进行信号检波，产生控制误差信号，再反馈到可调衰减器控制其衰减量，达到自动控制增益的目的。

图1 常用AGC电路原理框图

此电路的特点是：电路原理简单，实现方便；增益控制范围大，响应时间迅速。但其缺点是信号的控制精度，尤其是微小信号时的控制精度较差。

设输入信号幅度为S+N，信号放大器的总增益为G，经信号滤波器后的带宽为KB，信号检波器的效率为K，可以看到控制电路控制信号V为：

由此可见，此类AGC电路中的控制信号由接收信号直接进行检波所得，其实际包含了信号和噪声两部分。在接收信号较强时，控制信号主要由信号幅度检波得到，控制精度较好；但在接收微小信号时，噪声的能量已不可忽视，信号检波得到的控制信号含有较大的噪声分量，但控制电路仍以此为反馈信号，所以控制精度在微小信号时变差。

图2 新型级联式AGC电路原理框图

2 新型级联式AGC电路设计

要满足信号接收过程中的大动态范围控制，同时保证接收系统在微小信号时的精准控制，这类常规的单一AGC控制电路已不适应使用需要。为此设计了一个新型级联式AGC电路以适应此需求。

如图2所示，级联式AGC电路分为两级：前级的电路基本沿用原先的电路结构，只是对具体的电路参数进行了调整；后级电路则采用全新的控制电路，利用锁相环技术将鉴相器的输出信号处理后作为后级电路控制电压。由于此电压基本仅与接收信号幅度相关，故可以提高电路的控制精度。

基本工作原理：在接收系统刚收到信号时，后级电路的锁相环路还未正常建立控制，此时后级电路的控制电压无输出，后级电路增益最大，整个电路的增益控制集中在前级；待后级锁相环路进行信号锁定后，控制电压从环路输出且随控制信号的变化而变化，整个级联电路均进行了增益控制。

设前级电路输入信号幅度为S+N，前级信号放大器的总增益为G1，经信号滤波器后的带宽为KB，信号检波器的效率为K1，则前级控制电路控制信号为V1：

V1=K1（S*G1+ N*G1*KB） (2)

设后级电路输入信号为S1+N1即Asin(wt+θ)+N1，后级电路放大器的总增益为G2，锁相环路所产生的系数为K2，则由锁相环路所产生后级控制电路输出信号为V2：

V2=（A*G2 *K2）/2 (3)

由此可见，这种级联电路的后级控制信号由锁相环路锁相后所得，最大限度消除了噪声干扰。适当调整两级电路的增益控制参数，并利用后级电路抵消前级控制电路的误差，可以大大提高控制精度。

3 实验验证与数据分析

为验证分析结果，本文按此级联式AGC电路设计了接收系统，前级电路增益和可调衰减器的参数可调；后级电路增益固定，锁相环路采用无源乘法器进行鉴相，环路参考信号采用压控晶振。利用此接收系统，对两种AGC电路进行了测试与数据比对。

接收系统实际测试时，暂时将后级电路不接，按常规AGC电路的参数进行设置和测试；然后再将后级电路接上，按级联式AGC电路的参数进行设置和测试。

常规AGC电路的测量情况如表1所示。

表1 常用AGC电路指标测量值

级联式AGC电路的测量情况如表2所示。

表2 级联式AGC电路指标测量值

对比表1与表2 可以看出：采用常规AGC电路进行120dB范围内的增益控制时，由于微小信号时的噪声因素干扰，控制电压误差过大，导致输出信号幅度在-100dBm以下时控制变化范围变大，超过指标范围（最大可达3.3dB）；而采用新型级联式AGC电路后，输出电压全程控制在0.8dB以内，满足设计要求。测试结果证明，这种级联式AGC电路，由于后级控制电压的独立性，排除了噪声干扰，可以有效抵消前级控制电路的误差，大大提高控制精度。

4 结论

本文设计了一种新型级联式AGC电路，将常规的一级控制分拆为级联控制，同时采用锁相环技术提取后级的反馈控制信号。电路设计与测试结果表明，这种新型级联式AGC电路可以适应大动态范围的信号接收，提高微小信号接收时增益控制精度。

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[5] 张厥盛,郑继禹,万心平.锁相技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003

林翼露：男，1975年生，高级工程师，研究方向为微波通信与信号处理。

图5 脉冲压缩输出结果

实际的脉压结果与Matlab仿真的结果是一致的。

4 结束语

基于Xilinx FPGA IP核的浮点频域脉冲压缩系统， 通过模块化的IP核配置，并配以简单的时序控制，就可以方便的实现脉冲压缩整个过程，并且浮点处理方式，避免了定点值处理逐级截位的繁琐，对各种信噪比的回波信号适应性强，不损失精度，也不增加信号传输的带宽。该方法已经在工程上应用，并取得了比较好的效果。

参考文献

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[2] 林茂庸，柯有安.雷达信号理论[M].北京：国防工业出版社，1984:4-20

[3] 庞龙，陈禾.基于 FPGA 的数字脉冲压缩系统实现[J].现代电子技，2010，14:190-195

作者简介

邢冠培.男，（1979-），工程师。主要研究方向：雷达数字信号处理与数据处理。

孟凡利.男，（1981-），高级工程师。主要研究方向：雷达数字信号处理。

Design of a new cascade AGC Circuit

Lin Yilu,Xia Yu,Mao Minjun
(Aerospace System Engineering Shanghai,Shanghai,201109)

This paper designed a new cascade AGC circuit,regular level control split for cascade control; at the same time,the phase-locked loop technology to extract the feedback control signal.circuit design and test results show that, the new cascade AGC circuit can adapt to the large dynamic range of signal reception and enhance the small signal receiving increasing interest of control accuracy.

Automatic Gain Control(AGC);cascade design