射頻接收機前端AGC系統的電路設計論文

【摘要】本文主要是基於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輸入動態範圍，輸出信號功率可以在16.5dBm的附近，且輸出功率可以進行調節。

【關鍵詞】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，若信號過大會對系統造成影響，使系統過載。但若信號太小會在信號較弱的情況下部分有用的信號會丟失，因而接受系統的初期需要根據現有的情況對AGC系統電路進行設定，目的是讓系統的信號接受保持平衡。最終讓後續的設備能平穩運行，若出現高頻的情況，就要藉助於高性能的數字AGC系統解決難點，並以FPGA爲前提對AGC系統電路閉環系統進行數字化設計。

1AGC系統控制原理

1.1基本原理

無線通信系統接收系統運行中，多數使用閉環延遲的方式對ACG系統進行控制系統可以直接分爲控制環路與受控放大器量大模塊系統。在AGC系統的輸入信號發生變化以後，控制環路的輸電電壓才能保持在電壓爲零的狀態，此刻就相當於環路與系統斷開。此時，若不對AGC系統進行調節增益，那麼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閉環系統函數，可以借用圖2的方式對函數的框架結構進行分析。圖1中KVGA是可變增益放大器增益，可以在單位範圍內對電壓的增益情況進行調整，實現最大增益變化值；KDET是檢波器的檢波增益，主要是在單位範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

2.1難點

當前系統電路設計中存有的難點有：①電路匹配問題，既在規定的900~990MHz寬頻帶內實現60dB的動態範圍，具體的增益平坦度可以小於等於3dB，雖然實現這一數值是有一定的難度的，因而電路設計過程中需要讓噪音與功率兩者能更好的進行匹配，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，然後在定向耦合過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之一是相對面積大，導致佔地面積也隨之增大，這將十分不利於系統設計時小而優的特點實施；③選擇壓控可變增益器。a.選取的可變增益器由於自身性能較高，所以不但可以滿足現有的指標要求，同時也在留有一定餘量的情況讓電阻的可抗性係數降低。b.爲能讓信號系統在經由AGC系統後還能保持原有的性能，就要在寬頻帶內選擇與之相對的線性性能較好的信號系統。c.電磁兼容問題。信號在傳輸中受到工作頻段的影響，先要考慮是否能通過降低磁場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，既系統的誤差值是受到兩個重要因素影響的，分別是系統穩態誤差與壓控可變增益，所以要探究清楚這兩個放大器集成芯片的參數需求值。

2.2難點解決方案

解決匹配問題的最好方式是以純電阻阻抗匹配爲設計擊穿，通過變壓器進行電路傳輸，降低電常數介質損失因素，並從佈局上考慮旁路，進而對其進行改善，通過消除電磁感應能讓信號問題得到切實保障。通常情況下信號耦合問題的產生，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的頻率範圍讓其使用高度能達到統一，儘量控制封裝範圍；壓控可變增益放大器在內容選擇上，先要從寬頻範圍的角度考慮問題，然後讓增益範圍的高線性得到保障，並使用dB實現增益信號功能控制，進而滿足信號的輸入與輸出。

2.3電路設計

ADL5330主要是在寬頻帶、大動態範圍內實現的壓控增益dB單位的線性變換，爲能讓可變性增益放大器的作用發揮到極限，可以在單位時間內控制好電壓變化增值產生的額度變化值。

2.4系統電路優點

系統電路的優點可以分爲如下兩方面：①體積輕小：在電源輸出和轉換部分，設置電源外界口，使用其他元器件做封裝元器件貼片處理；信號耦合時可以使用0603貼片功分器進行替代；②高靈敏度和穩定性；大的寬帶和大動態範圍內由於其平坦度較好所以有利於提高系統的靈敏度。

3系統硬件測試

測試方法：先使用信號發生器把信號直接輸入到AGC系統電路內，然後通過頻譜儀觀察機制對信號進行輸入和輸出，最終讓信號的頻譜和功率達到最佳狀態。具體的輸入信號能達到900MHz，功率爲-30dBm時，使用頻譜儀測得輸出的信號功率爲-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輸入動態範圍內的輸出功率具體的平坦度在小於1.5dB；輸出信號功率可以通過可調節的Vest值進行改變，可以調控的範圍是大於10dB；控制信號能讓輸入信號更好的進行跟蹤，從而讓信號的輸入與輸出保持穩定。

4結束語

該AGC系統電路主要是集中在900~990MHz以及60dB的輸入動態範圍之內，讓輸出功率素質在-16.5dBm。根據當前的測試結果能瞭解到，系統電路的設計指標應符合電路設計要求，並在設計初期考慮到噪音的可抗性，因而應對其進行測試。噪音的出現究其源頭是一級線路，所以應接入AGC系統輸入信號，用以改變現有的噪音值。在90MHz寬帶範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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