接收机的一种自动增益控制电路

中国电子科技集团公司第十研究所 李书恒

本文介绍了美国Avago公司ALM-38140-BLKG PIN管可变衰减器的主要性能和器件特点，在此基础上，配合定向耦合器、大动态检波器以及比较电路构成自动增益控制的负反馈电路。该电路主要由两级PIN管可变衰减器串联、检波电路以及比较电路构成，具有自动调整电路增益识别不通信号强度的功能。

在实际应用场景中，电磁波在自由空间的传播过程中，受传播路径、障碍物等差异影响，导致天线接收到的信号幅度总是在不断变化的。为了使接收机在接收到不同输入信号幅度时，都能进行准确的采样分析，接收机中往往需要引入自动增益控制(AGC)电路，将不同幅值的输入信号时，实现线性放大或衰减，从而将输出信号幅度保持在一个需要的范围。在AGC电路设计过程中，采用PIN管可变衰减器，定向耦合器、检波器配合工作。

由于考虑到将接收机设计为70dB的增益控制范围，单级AGC控制无法达到此要求。因此，在设计电路时往往需要引入两级甚至三级AGC电路，本文的AGC电路采用两级ALM-38140-BLKG PIN管可变衰减器级联，器件ALM-38140-BLKG的开环衰减量40dB、插入损耗3.2dB，配合放大、滤波，接收机的增益控制范围可满足要求。

1 工作原理

由于天气等种种外界原因，接收天线上接收到的电磁波信号强度总是在不断的变化中，当天线上接收到的电磁波信号增大时，接收机收到天线的信号也随之增大，如果接收机收到的信号过强，便很有可能使前级放大器饱和，从而导致信号失真，不能线性放大，从而影响接收机正常工作。自动增益控制电路（AGC）是一种闭环的负反馈电路，可以根据输出信号幅度自动调增放大电路的放大系数。在接收机的放大电路中级间引入AGC电路，则可以确保接收机放大电路的放大系数，在接收机灵敏度范围内，都能使放大电路的输出信号幅度恒定在需要的范围。AGC电路基本原理框图如图1所示。

图1 AGC电路原理图

图1中大动态检波器根据定向耦合器耦合支路的信号幅度大小，计算出检波电压，再经比较电路计算出AGC电压，PIN管可变衰减器的衰减量就受控于AGC电压，在接收机的动态范围内实现自动增益控制，即中频输出信号保持在稳定的范围内。接收机的输入信号先经过可变衰减器后，再经过放大器，可避免放大器输入信号过大而饱和失真。比较电压作为AGC电路控制衰减量的阈值，需要根据实际电路设计进行仿真，以确定其电压值。而比较电压的作用：当大动态检波器的检波电压大于比较电压时（本文采用的检波器检波电压与输入信号大小成正比），比较电路将减小PIN管的控制电压，使PIN管衰减量增加。反之当检波电压小于比较电压时，比较电路将增加PIN管的控制电压，使PIN管衰减量减小。当检波电压等于比较电压时，信号输出幅度达到预期指标，AGC电路处于“锁定”状态。

2 电路设计

ALM-38140-BLKG是一款完全匹配的宽带PIN管可变衰减器，具有线性衰减控制特性，频率适用范围广（DC-1.9GHz），单个器件衰减量约40dB，插入损耗3.2dB。

图2是ALM-38140-BLKG处于闭环工作状态是的电路结构。器件的1脚和3脚分别是信号的输入端与输出端，在器件的输入、输出端都加了1000PF的耦合电容，2脚为供电脚，供电电压设计为2.8V，4脚为控制电压端，通过变化4脚的输入电压（0.8-5V），控制期间的衰减量，PIN管衰减量与控制电压成反比关系，随控制电压的增加而减小。在两级PIN管后分别添加低噪声放大器与滤波器，再进行下变频、滤波、放大，最终输出中频信号。

图2 单级ALM-38140-BLKG外围电路

接收机的电路结构如图3所示，实际电路中引入了两级PIN管作为AGC的衰减控制电路，以保证接收机电路的AGC控制范围能达到70dB以上。在调谐滤波与第一级放大器级间引入PIN管，避免信号太强时放大器饱和失真，在下变频后继续引入滤波器放大，一方面为了滤除镜频干扰，另一方面保证接收机增益范围充足。

图3 接收机电路结构

电路装配完成后，对实际的产品进行了测试，AGC控制范围约73dB，控制精度小于3dB，AGC响应时间约27μs，满足行业普遍要求≤100μs。

结论：本文以无线电通信为背景，基于PIN管可变衰减器（ALM-38140-BLKG），以定向耦合器、大动态检波器以及比较电路配合使用，构建了一种较为常见的自动增益控制电路。将此电路应用于接收机的射频放大电路中，实现了射频放大电路的自动增益控制，从而使接收机的增益控制范围达到设计的预期指标（>70dB），控制精度与AGC响应时间也满足行业标准要求。该方案的设计思路已应用于实际产品中，达到了理想的指标要求。