双环AGC 电路的起控点参数分析与设计

陈 新

（中国电子科技集团公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

AGC 是一种典型的自动增益控制系统，动态适应输入信号的变化，稳定输出所需电平信号，具有平衡输出信号与给定参考信号的误差调节作用，从而保障接收机性能的稳定性。传统单环AGC 只能处理30～40 dB 范围的信号，无法满足大动态范围信号的处理。随着通信技术发展，远近距离传输需求多样，接收机收到的信号变化范围大，要求通信接收机至少能够处理110 dB 以上范围的信号，双环AGC 系统的设计通过搭建两级自动增益控制电路，叠加控制量之和，从而增大控制范围，实现大动态范围信号处理能力。保障基于双环AGC 系统设计的大动态范围接收机输出稳定性，一般是通过检波比较放大电路来进行起控，恰当的起控点参数设计是接收机在动态范围内音频输出变化符合要求的关键。

1 双环AGC 电路的设计

双环AGC 电路通过构建独立的射频AGC 和中频AGC 环路，配置各自独立的检波电路、比较放大电路、环路滤波电路，使其在接收信号从弱到强变化过程中，建立了中频AGC 先起控、射频AGC 后起控的基本原则，提升了接收机对大小信号的兼容能力；并针对极小接收信号设计了中频放大电路，进一步保障了微弱信号的处理能力。图1 为双环AGC 电路设计原理框图。

图1 双环AGC 电路设计原理框图

1.1 射频AGC 电路

在实际电路设计中，为了实现大动态范围控制，射频AGC 电路采用两级低失真硅PIN 二极管可变衰减器，并选用由Avago 公司生产的ALM-38140 芯片，该芯片具备30 dB 左右增益控制能力，射频电路两级AGC 控制量则具备约60 dB 控制范围。

射频AGC 环路由定向耦合器、检波器、两路比较放大及环路滤波电路（运放）、两级可变衰减器等组成。该环路的关键是参考电压以及环路滤波参数的设置。其中参考电压设置保证了当小信号输入时，只有中频AGC 起控而射频AGC 不起控，从而保证在输出信号幅度恒定的情况下不会显著恶化接收通道的噪声系数；而当信号强度大到一定程度时，射频AGC 开始起控，从而保证接收通道上所有器件都处于线性工作状态，接收通道不饱和、互调指标达标。而环路滤波参数的设置则可以控制各种调制方式下的AGC 响应时间。

1.2 中频AGC 电路

中频AGC 电路采用集成中放器件实现。本文选用某型号集成中放MXX-7010，其具有超过60 dB 的控制范围，内部集成了检波电路、比较电路以及VGA 电路等。集成中放MXX-7010 对经过它的射频信号进行检波，再与其内置的参考电压进行比较后输出误差电压。误差电压在外加的环路滤波电路中进行滤波（即AGC响应时间设置）后，将所得的控制电压送回集成中放，控制其内集成的可变衰减网络，与射频AGC 控制量叠加，形成超过120 dB 动态信号大小控制，实现双环AGC 的大动态范围控制。

2 双环AGC 电路起控参数分析与设计

单环AGC 电路由于检波点只有一个，射频AGC 和中频AGC 都要受同一检波电压的控制，很难找到合适的参考电压，两者在起控时相互影响。而双环AGC 电路相较于单环AGC 电路的优势主要在于：射频AGC 和中频AGC 电路分别起控，起控参数可以各自调节，达到总体平衡，实现接收机音频幅度稳定输出。

由于中频AGC 电路采用的是集成中放器件来实现，双环AGC 电路的参数调节主要从射频AGC 电路进行设计。本文针对起控参数设计，通过实际电路应用分析进行分析。

根据GJB 1125A—2002 要求，话音AM 调 幅为30%，幅度为1.5 mV（-103 dBm），动态范围为100 dBm（-103～-3 dBm），动态范围内音频输出变化不能超过±3 dB。一般接收信号经天线都会通过功率放大模块进行放大，本文假设功放增益为16 dB，参考军标要求，接收机接收信号的范围则为-87～13 dBm。

基于双环AGC 电路原理，选用适合本文电路分析的元器件，射频电路放大器选用Hittite 公司的HMC478MP86E 器件，运算放大器选用AD 公司OP279GSZ 器件。AGC 比较放大电路如图2 所示。

图2 AGC 比较放大电路

比较放大电路参考电压Uref（单位为V）为：

在变频链路后测试信号，分别将-87 dBm、-37 dBm和13 dBm 的电平送入接收机，测试接收调制度变化范围，如表1 所示。

表1 音频波动范围测试结果

为了方便信号测试，将中频放大滤波链路单独提取出来进行分析，如图3 所示。将13 dBm 送至模块接收口，在中频放大滤波链路输出口测试，测得信号输出为-1.79 dBm，信号调制度变为20.8%（波动3.18 dB，不满足军标要求），中频放大滤波链路后出现信号压缩。

图3 中频放大滤波电路原理框图

单独测试放大器指标，该接收信号下放大器功率输出为15.51 dBm，通过器件资料得知放大器增益指标为22 dB，在输出功率为15.51 dBm 情况下，放大器已进入非线性区，通过实际测试得到的增益情况如图4 所示。

图4 放大器增益曲线

通过查询器件资料发现，该放大器P1dB 压缩点为15～18 dB，而实测放大器功率输出为15.51 dBm，接近器件的P1dB 压缩，放大器输出功率进入非线性区，导致接收机AGC 动态范围临界，音频输出控制异常。放大器输出功率曲线如图5 所示。

图5 放大器输出功率曲线

通过理论分析AM 信号调试情况，假设高频载波为vc=Vcmcoswct，则AM 信号为：

为了使问题简化，令调制信号为单音余弦波：

将公式（2）代入公式（1）中，得到：

推导出载波功率POT为：

峰值功率Pmax为：

当AM 信号调制度为30%时，峰值功率（单位为dB）公式如下：

结合电路设计问题，调制度为30%的AM 信号，通过放大器HMC478MP86E 的峰值功率为15.51 dBm。该功率值接近器件资料的典型P1dB 值。

因此，在该双环AGC 控制电路设计中，起控电压不合理导致射频AGC 环路余量预留不足，使得部分接收机的射频AGC 环路输出信号接近饱和状态（即中频放大链路中的HMC478MP86E 输出功率接近器件P1dB）。

射频AGC 环路需要降低起控点、提早起控，避免过大信号通过放大器放大达到PI 压缩点，将电路中起控点电阻参数R2由51 kΩ 更改为62 kΩ，如图6 所示。

图6 AGC 比较放大电路参数优化设计

因为AGC 是一种典型的自动增益控制系统，可动态适应输入信号的变化，稳定输出所需电平信号。其在电路中起到了平衡输出信号与给定参考信号的误差调节作用，进而保障接收机性能的稳定性。

运放参考电压（单位为V）公式为：

此时放大器输出功率为4 dBm 左右，较原来下降近10 dBm，极大地远离了放大器P1 压缩点功率值。通过对接收机信号幅度测试，AGC 波动范围满足±3 dB 要求，测试结果如表2 所示。

表2 音频波动范围测试结果

3 结 语

本文基于接收机大动态范围控制提出了双环AGC电路两级控制电路设计思路，实现了独立的双环增益动态控制，达到超过120 dB 大动态变化的信号控制；定义了中频AGC 先起控、射频AGC 后起控的基本原则。

对双环AGC 起控点参数进行了分析论证，并结合实际电路应用表明：双环AGC 起控点参数设计直接关系接收机音频波动范围和性能的稳定性。起控点参数设计过程既要考虑因为射频AGC 起控太早而恶化接收通道的噪声系数，又要避免射频AGC 起控太晚造成接收通道饱和或是互调指标恶化，合理的信号分配能够使电路中各元器件工作于最佳状态下。