接收机系统设计

1、接收机系统设计电子科技大学硕士学位论文高线性大动态范围宽带接收机研究与实现接收机系统设计接收机设计是一种综合性的挑战，首先要明确设计目的，即设计 那一种接收机，不同种类接收机的设计方法是大不相同的。然后根据 系统设计的指标要求进行全面分析，寻找出设计重点或难点，即是高 灵敏度设计；或是高线性设计；或是大动态范围设计；还是宽频带设 计。不同的设计重点有不同的实现方法，根据系统要求的性能指标， 首先要确定：1 接收机的结构形式， 设计系统实现的原理方框图。确定采样超外差式结构，零中频结构，还是数字IF结构；确 定采样本振频 率合成器的类型；确定是一次变频还是多次变 频结构 ，是 否 用 高 中频

2、；确 定信号的动态范 围 及接收机 的线 性度。2 接收 机 功能 电路 实 现及 系 统线 路组 成 ， 设计 电路 图 。本章对一般接收机的设计方法不作详细的讨论，只重点讨论接收 机设计中有关高线性度和大动态范围实现的具体方法，这也是本课题 实现中的难点所在。§ 1.1 大 动 态范 围 接收机 设 计方法接收机动态范 围 DR ( Dynamic Range ) ,是指接收机能够接收检 测到 的信号功率从最小可检 测信号 MDS 到接收机输入 1 dB 压缩点 之 间 的 功 率 变 化 范 围 , 是 接 收 机 最 重 要 的 性 能 指 标 之 一 。第 二 章 对 动

3、态 范围已经作了详细的论述。通常，一般的接收机都具有60dB80dB 的动态范围，现代接收机则对动态范围指标提出相当苛刻的要求，往 往 超 过 100dB 。 如 本 项 目 动 态 范 围 指 标 要 求 做 的 大 于 120dB 。实现接收机动态范 围 的功 能 电路是接收 机中 的 AGC ， 自 动 增 益控 制 电 路 。 AGC 是 一 个 闭 环 负 反 馈 自 动 控 制 系 统 ，是 接 收 机 最 重 要 的 功 能 电 路 之 一 。 接 收 机 的 总 增 益 通 常 分 配 在 各 级 AGC 电 路 中 ， 各 级 AGC 电路级联构成总的增益。在接收微弱信号时，

4、接收机要具有高增益， 将 微 弱 信 号 放 大 到 要 求 的 电 平 ，在 接 收 机 靠 近 发 射 电 台 式 时 ， AGC 控 制接收机的总增益，使接收机对大信号的增益很小，甚至衰减。接收 机动态范围实现的示意图如下图所示。Pou 八t204060厂输出动态范围-510输入动态范围15AGCJin (d BHl底增益ReceiverGain一融基带处理2080100 120图1-1 接收机动态范围实现AGC的一般原理框图如下，是一个直流电压负反馈系统，控制信 号代表信道输出幅度检波后的直流值与参考电压之间的误差值，若输图1-2接收机动态范围实现入信号幅度变化，则控制信号也随着变化，

5、其作用是使误差减小到最 小值。对AGC环路的要求随输入信号的调制类型不同而不同。通常， AM信号对AGC的要求较FM接收机或脉冲雷达接收机要严格的多。通常接收机第一级AGC的输入级的信号动态范围最大，而且第一级AGC 一般要求要具有衰减作用以提高接收机接收大信号的能力。 在AGC电路中必须保证信道放大器工作在线性区域，即小于器件的1 dB压缩点，否则就会产生失真。§ 1.1.1自动增益 控制AGC原理§ 1.1.1.1线性AGC原理AGC系统从根本上说是一个非线性系统。很难得到描述系统动态 特性的非线性动态方程的通解。但是，对于一些系统，可以求得系统 的闭环解。对于大多数系

6、统可以根据系统的小信号模型导出近似解。轴入/百可变增11图1-3 线性(以分贝为单位)AGC系统上图是一个能用解析法求解的线性AGC系统。在这个系统中，可变增益放大器VGA的增益为P,服从以下的控制律：P Ke aVC(1-1)因此：Vo ViK1e aVC(1-2)(1-3)上式中Vi和V。分别表示输入和输出信号的包络幅度。而对数放 大器的增益为：V2 alnV1上式中K2为包络检波器的增益。包络检波器的输出总式正的，因此，对数放大器的输出为实数，即可正可负。于是控制电压为VcF(S)(Vr V2)F(s)(Vr ln K2V0)(1-3)上式中，F (s)为滤波器的传递函数。 因为可变增益

7、放大器服从指数规律，有：ln VoaVc ln K1Vi(1-4)控制电压为：aVc InVo In KM(1-5)即：lnVo1 aF(s) lnVi aF(s)Vr In K1 aF(s)ln K2(1-6)对输入信号的响应为：lnVo1 aF(s) lnVi aF(s)Vr(1-7)因为由对数运算有下式关系：lnVo 2.3log1oVo(1-8)所以，可得到下式：2.3_lnVo 一Vo 0.115Vo(dB)(1-9)20令e。和ei分别表示以分贝为单位的输出和输入，则：ei8.7aF(s)Vreo1 aF(s) 1 aF(s)(1-10)因此，只要给出的输入量和输出量以分贝为单位表

8、示，则具体的 AGC电路便可以用线性微分方程来描述。该AGC系统就可以用如下 图所示的线性负反馈系统等效方框图来描述系统。图1-4线性(以分贝为单位)AGC系统等效方框图上图中，环路的动态特性由滤波器的传递函数F (S)和可变增益 放大器的系数a来描述。由于环路带宽必须受到限制，使它对存在于 输入信号的任何幅度调制不作出响应，所以F (S)必须使低通滤波器。 环路的稳定性取决于滤波器的阶数和环路增益。随着输入幅度的变化 而产生的输出稳态增益为：eieo1 aF(0)(1-10)式中F ( 0)为滤波器的直流增益。应该使增量A eo随输入幅度的变化 尽可能小。为达到这一目的，应使直流环路增益尽可

9、能大。如果F (S)是一个一阶滤波器，且：F(s)Ks/B 1eo1 aK(1-11)式中，K是滤波器的直流增益，B是滤波器的带宽，那么直流特性为:ei(1-12)则图34所示的线性AGC系统的总直流输出为:e 8.655VraKeo 1 aK 1aK(1-13)通常，环路传输aK远大于1,所以输出eo等于8.655Vr。若以分贝为 单位，则输出幅度与参考电压Vr成正比。含有参考电压的AGC环路，称为延迟AGC。延迟AGC并不是指 带宽的限制而延迟了增益控制，主要是指AGC环路包含有参考信号。 简单的AGC 环路里不含有参考电压，这在一般低要求的接收机中是 常见的，比如普通的收音机。具有一阶低

10、通滤波器环路的AGC闭环传递函数为：s1e =?Beo1 aK s 1B(1 aK)(1-14)对于所有的aK>0的闭环极点总在左半平面，所以这个系统基本是稳 定的。闭环系统频率响应的幅频响应图如下图15所示。为了对输入信号幅度变化作出响应，AGC环路应具有高通滤波器 特性，即在高频时，AGC的作用很小。对于幅度调制信号，角频率 5 应低于最低调制频率3M ：L B(1 aK) M(1-15)这意味着滤波器带宽要比最低调制频率小得多，其原因 是负反馈增大了闭环带宽。图1-5 线性AGC系统的频率响应如上所述，为了保持输出电平地恒定，应该保持尽可能大的直流 环路增益。一种方法是采用积分器作

11、为滤波器，即F (S) =C/S。理想 的积分器对直流的增益为无穷大，因此稳态输出幅度不会随着输入幅 度的慢变化而变化。这种滤波器的输出为：ei (s)s 8.6Vraeo rc rc(1-16)在输入恒定时，稳态输出仍与参考电压成正比，即tim e。(t)8.6VrC(1-17)§ 1.1.1.2 另一种AGC模型分析许AGC环路不含有对数放大器，因为对数放大器要和指数型可 变增益放大器一起应用时才能构成线性AGC模型。但是对于不含对 数放大器的AGC系统，仍然可以导出其小信号模型。小信号的限制 时指：分析系统只对某一特定的工作点附近的微小变化量时正确的。 下图3 6是一个AGC系

12、统的原理方框图模型。在该AGC系统中，可变增益放大器和检测器是环路中仅有的非线性部件。为了简化分析， 而又不失一般性，假定检测器、差动放大器以及在可变增益放大器之 后的放大器的增益都为1。图3-6 具有两个非线性部件的AGC系统基于以上的假设，上图所示的系统可用下图3-7所示的简化模型表图1-7 图36所示AGC系统的简化模型上图中，Vo和Vi现在指的是包络值，F为低通滤波器和放大器 组合的与频率有关的传递函数。输出电压Vo= PVo,可变增益放大器 的增益P是Vc的函数。控制电压为：Vc (Vr Vo)F(1-18)输出电压对输入电压的导数为：dVo dViddVi(PVi)VidPdVi(

13、1-19)由于:dPdPdVcdP dVcdVodP (dV°dVidVcdVidVc dVodVidVc () dVicc oc(1-20)将式(3 20)代入到式(3- 19),可得至ij :dVo dVi(1FVidPdVc(1-21)或dVo VodVi Vi(1FVidPdVc(1-22)式(121)和(122)是图1 7所示AGC环路的小信号微分 方程。对于在某一特定控制电压的增量变化，上式是正确的。环路的 传输函数为：dPLF(s)MdVc(1-23)是输入信号的函数，因此系统一般是非线性的。由于系统的非线性特 性，随着输入幅度变化而产生的如图1-5所示的系统暂态性能一

14、般是 难以得到的。因为环路传输取决于输入幅度，故而闭环系统的极点也 取决于输入幅度，暂态响应的速率也是如此。如果图17所示系统中，AGC 环路含有一个具有线性特性的P ( Vc) = Vc可变增益放大器和一个作为低通滤波器F (s)的积分器,且 F ( s) = K/s ,从式(323)可得：KVi s(1-24)而输入信号的微小阶跃变化为：Vi(s)Vi(1-25)因此，输出电压的归一化变化量为：V。/、(s)Vos KVi(1-26)反变换到时域:VoVo(t)KVit i e(1-27)可以看出环路动态特性时任何取决于输入信号的幅度的AGC系统中，关键时对暂态响应的控制，一般需要更复杂的

15、环路。如果可变 增益特性P ( Vc)已知，就可以通过选择一个控制电压值作为起始点， 来进行环路直流特性的数值计算。以上讨论的AGC系统都能提供对输出振幅的连续监测和对可变 增益放大器的连续调整。还有许多系统是间歇地监测输出负载的，并 在间歇期间调节增益。在其余时间，环路控制是开路的，并且在开路 期间增益保持恒定。例如，电视接收机就是一个用选通门控制的AGC 系统。如果用作AGC的选通门信号不包含任何调制(例如TV同步脉 冲)，则AGC系统带宽可以做得很宽以提供快速响应，而且不会抑制 脉冲之间的调制。现在已经用数据采样技术来分析脉冲型AGC系统。 当AGC系统有线性模型可以适用时，这种方法具有

16、实用意义。§ 1.1.1.3 AGC 系统部件AGC系统的设计者应该了解几种可变增益放大器（VGA ）的控制 律，以便从中选择。选择的标准包括：频率响应、控制电压的有效范 围、以及所需可变增益放大器的工作范围等。增益为控制电压的指数 函数的VGA,比线性控制函数的VGA有较宽的增益变化范围。模拟 乘法器按定义有线性控制律，双栅MOSFET 增益控制器和PIN二极 管衰减器是呈现指数控制律的许多电路中的常用的两种电路。图1-8 AGC系统常用得指数放大器图和环路中常用得对数放大器双极差动放大器一般用于集成电路中，它的电压增益与集电极偏 置电流成正比，因而可以通过调节集电极直流电流来改变

17、增益。上图 1 8中左所示得是简化的差动放大器电路，其中晶体管Q3为一包流 源，Q3的集电极电流为：I c I seVR/Vt c s（1-28）因此指数放大器的增益（与Ic成正比）是控制电压VR的指数函 数。上图37中右所示的电路可供采样对数放大器的AGC环路作为 对数放大器使用。由于运算放大器的同相端接地，因此：IiIcVo /Vt se(1-29)输出电压为：VoVt lnViRsIs(1-30)是输入电压的对数函数。§ 1.1.2 PIN 二极管电调衰减器AGC设计用PIN二极管构成的电调衰减器在通用宽带接收机中经常使用， 控制线性度好，适用频段宽，插损小，体积小，成本低，而

18、且是完全 阻性线性衰减，与VGA相比，不受P1dB点的制约，因此可以用在 接收机RF前端，提高接收机的抗堵塞能力和大信号接收能力。|因此 大多数控制电路都采样PIN管。§ 1.1.2.1 PIN 二极管原理极其特性层，就可以构成PIN二极管PIN管结构PIN管符合在两个高参杂的P+和N +半导体之间夹入一个未参杂的本征层即I 结构和符号如下图1 9所示。PIN管 与一般的PN结二极管相似，具有整 流特性，但是它的结电容要小一些。 因为耗尽层的宽度与P层或N层的电 阻率(或者参杂浓度)成反比，且 PIN管的参杂浓度较低，所以PIN管 的耗尽层比PN结二极管宽，因此结 电容也就较小。由于

19、PIN管在方向偏 置时 具有低电容，高阻抗特性，可以等效 图1-9 PIN二极管的结构与符号未开路，所以在作为控制电路时效果 很好。如开关、阻性衰减器、 限幅器、数字移相器及数字调制器等。PIN二极管的等效电路如下图1 10所示：电子科技大学硕士学位论文高线性大动态范围宽带接收机研究与实现LsRscpR.b.f.b.rn川(v) JT Rj(v)图1-10 PIN二极管的等效电路与 IV特性曲线左图中，正向偏置时，开关指向Rj,反向偏置时，开关指向Cj,如下 两种情况：1 . 正向偏置时：上图右中A点，忽略封装效应Ls和Cp,则可以等 效为：Zf RfRsRj 0(1-31)R =Rs+R即P

20、IN管正向偏置时与PN结二极管相似，只有极小的结电阻，等效为断路。见左图所示。图1-11 PIN管正向等效电路2. 反向偏置时：上图1 10中B点，忽略封装效应Ls和Cp,则可 以等效为：1力乙 Rs j(1-32)RsCj即反向偏置时等效未开路。等效电路如左图所示。正向与反向偏置时的典型参数值变化规律如下表所示:图1-12 PIN管反向等效电路表1-1 PIN管正向偏置时 Rf随的变化规律Io （正偏电流）mA51020254050100Rf （正偏电阻）Q7.84.82.01.51.00.80.55表1-2 PIN管反向偏置时电容Cj随偏压的变化规律V （正偏电流）0-5-20-40-50

21、-75-100-15019Cj (结3.551.6020.7660.6670.6480.6330.6330.633电容）- PF,，二.一一 fi Design Explorer - E:thesisproteldissertation. ddb® - E”，文件Edit惮见印郴靴啊第军物种g谢力中嘎部期陛的渺阻鞠吁t钟源 跃廊窗口比1储dlissertation-d®快型优"闱破率那件新彭肥彼乐吁几十兆到几千兆频段上都适用，因此广泛用于大动态范围宽带接收机中§ 3.1.2.2 PIN二极管电调衰减器(3-4V)图1-13 PIN管电调衰减器的几种电路结

22、构上图113中所示为PIN电调衰减器的几种电路结构，当小信号 时，不希望有衰减，则PIN应该处于完全导通状态，这时候对信号的 衰减是电调衰减器的最小衰减量，即电路的插损。一般PIN管电调衰 减器的插损可以做的小于2dB。当信号增大，在需要进行衰减的信号 电平输入时，将AGC输入设置为临界值，即此时AGC输入电压与 PIN管的正极电压差为PIN管的正向导通电压，通常为0.7V左右， 随着信号的增大，同时增大AGC输入端的电压，使PIN管的导通程 度线性降低，即PIN管的正向电流线性减少，对信号的衰减器逐渐增 加，输出信号的电平因此基本保持恒定。需要说明的是，AGC输入的控制电压一般是AGC反馈系

23、统自动 提供的，AGC电压随着输入信号电平的增大而线性增大，当AGC输 入电压是人为的控制电压时，则称为MGC,人工增益控制。一般用作AGC系统中电调衰减器的PIN管多数是成对的使用， 用多个PIN管来提高最大衰减量，改善控制线性度。PIN管可以串联， 也可以并联。通常PIN管电调衰减器最大衰减量为2040dB ,取决于PIN管 的数目及构成方式。下图114所示的冗型结构PIN管电调衰减器是 HP公司最早提出，且结构多年改进的结构，具有优异的衰减线性度、 校大的动态范围和较低的插损。图1-14宽频带4 PIN管冗型电调衰减器结构上图114所示的宽带4PIN管冗型结构电调衰减器有许多优 点如下：

24、1、 双管串联结构大大提高了衰减器的最大衰减量，和上限频率限 制。使衰减器的适应度更高。最大衰减量可以到60dB以上，且 可以工作在100KHz3000MHz 频段上。2、 由于两个PIN管串联取代了九型结构衰减器中的串联电阻，PIN 管的相位特性消除了通过电调衰减器的信号中的偶次失真分 量，且理论上抵消了一半的噪声，这种结构大大减小了失真量 和噪声量，具有较高的线性度。3、 这种结构的衰减器在电路结构上使对称的，因此简化了电路的 直流馈电，直流馈电是电调衰减器的难点之一。下图是这种冗型结构衰减器的主要性能曲线。D2IIW10 IDD HRkCUfelMCr MHr笺种力配用9 8 辑学:二

25、NOEUI中-用 38-I/ truuB15310TC-3110 y 3DCOftilH.l 1 V«. VnLIA工T图1 15衰减量频率响应性图116回退损耗频率响应图117电压控制衰减特通过多次实验和电路上的改进，应用在本项目实现中的这种4-PIN管冗型结构衰减器具有相当优异的性能：1. . 插损在工作频段中优于3dB o2. 最大衰减量为45dB。即动态范围为3dB45dB ,大于40dB 。3. 控制线性度好，通过调整电路参数，控制灵敏度可以做到0.10.3V/dB 0§ 1.1.2.3 PIN 二极管电调衰减器AGC实现放大器图1-18宽频带4PIN管冗型电调衰

26、减器AGC实现上图所示的为由4个PIN管冗型结构电调衰减器衰减器构成的 AGC系统。该结构电路可以工作在0.1MHz3000MHz 频段上。可获 得优于35dB的动态范围，若接收机前端电路用这种AGC电路，最小 插损优于3dB。若许多中RF放大器的P- 1dB输出压缩点为+ 13dBm , 则在回退10dB保证线性度的情况下，RF输入信号功率可以高达十 20dBm输入。§ 1.1.3 VGA 可变 增益 放大器AGC设计VGA可变增益放大器构成的AGC系统具有结构简单，使用方便， 成本低，集成度高，控制线性度好，动态范围大等许多优点，非常适 合用在接收机中频AGC电路中，一级通常就可

27、以获得30dB50dB的动态范围。§ 1.1.3.1 VGA 可变增益放大器过去通常用控制晶体管集电极电流来控制正向传输导纳，因而控 制品体管的增益，来实现放大器的增益可变。但是这种可变增益的品 体管放大器用在AGC中，其谐振特性往往发生很大的变化，频率特 性不理想。随着半导体器件的发展，出现了双栅MOSFET ,它相当于 把两个场效应管结合在一起，这种器件特别适合用作AGC系统中的 可变增益放大器或混频器。双栅MOSFET的一个栅极用作RF信号输 入端，另一个栅极作为AGC控制电压的输入端。由于双栅分别连接, 当AGC电压控制放大器增益时，MOSFET放大器的输入输出阻抗 基本不变

28、。目前在VGA芯片领域，几乎较为著名的公司都在开发VGA芯片, 性能结构发展非常迅速。比较具有代表性的VGA结构原理框图如下 图319所示：SCALINGREFERENCEPRECISIONINPUT ATTTENUATORAD6O3上RR = 2R LADDER NETWOFKAIN CONTROL INTERFAXCOL1MI *>FIXED Ci A IN AMPLIFIER'NORWAI VALUES图1-19可变电阻衰减网络+图增益放大器实现VGA原理框图这种结构由一个可变阻性衰减网络和一个固定增益的放大器相 结合，用控制阻性衰减网络的衰减量来实现整体的增益可变。由于阻

29、 性衰减时最理想的衰减方式，基本上不受频率的影响，且时线性衰减, 输入输出匹配不受影响。用在中频AGC中非常理想。如美国著名的IC芯片制造商AD公司的VGA芯片AD603 ,上 图就是其结构原理框图，具有非常优异的性能：1. 42dB的大动态范围，且通过改变输出与电阻衰减网络之间的反 馈方式，可以增益方式，增益可为：11dB+ 31dB （90MHz 带宽）或1dB + 41dB （30MHz 带宽）或 + 9dB + 51dB （9MHz 宽带）。2. 完全线性控制，控制灵敏度为25mV/dB。考增益控制运算放大 器的同相端和反向端之间的电压差来控制阻性衰减网络的衰减 量，控制电压差为0.5

30、V ,共1V以获得42dB的动态范围。3. 控制精度高，典型控制精度为误差 0.5dB。4. 低噪声设计，噪声谱密度为1.3nV/vHz。§ 4.1.2.3 VGA 可变增益放大器AGC实现用VGA , AGC检波器，直流运放和RC低通滤波器就可以构成 AGC系统。AGC检波器对VGA的输出进行包络检波，输出的电压与 VGA输出信号的包络即调制成正比，经过直流运放放大后，低通滤波 器对其滤波，消除交流杂散，而后控制VGA的增益，实现自动增益 控制。用VGA构成的AGC系统的性能主要取决于VGA的性能，通常 VGA的工作频段不高，一般在几十兆赫兹，这是限制VGA应用的主 要因素，现在各

31、大公司都在向射频VGA挑战，但是上百兆的VGA芯 片价格非常昂贵。VGA构成的AGC系统还有一个重大的缺陷，就是VGA芯片本 身的P1dB压缩点问题，对大信号的处理能力差。一般的VGA芯片 为CMOS 型，其输入功率通常较小，输入P- 1dB压缩点一般为一 30dBm30dBm 之间，因此，既使VGA 可以工作在接收机工作频 段中,VGA AGC也不能用在RF前端。但是用在中频AGC中是非 常适合的，一级就可以获得大于40dB的动态范围，而且控制线性度 好，性价比高。§ 1.1.3 级联AGC实现接 收机大动态 范围电子科技大学硕士学位论文高线性大动态范围宽带接收机研究与实现将 多

32、级 AGC 级 联 起 来 就 可 以 展 宽 接 收 机 得 动 态 范 围 ，但 AGC 级 联得方式是多种多样得，并且根据不同得接收机类型有不同得考虑。 在 整 体 AGC 实 现 时 需 要 主 要 考 虑 ：1 AGC 控 制 电 压 是 直 流 电 压 ， RC 低 通 滤 波 器 的 时 间 常 数 应 该 根 据信号的形 式来选 择 。 RC 时 间常数太 大 ， AGC 控制 电 压跟不 上信号的变化 ， AGC 就不起作用 ； RC 时 间常数太小 ， 则 AGC 控制不太灵敏，会产生反调制，抵消调幅波中的的幅度变化。2 增益控 制 的 级数 以及在 接收机 电路中所处 的

33、位置 ， 这要根据设 计 的要求 的 不同 而重 点考 虑之处 ，特 别 要防 止信道 中 出现饱和 。 但是第一级高放不宜受控，因为要保证接收机的灵敏度，整机 的噪声系数必须控制在一定的范围内，而第一级高放对整机的 噪声系数起决定性的作用。选择受控级位置的一般原则是：在 不影响最大信噪比，保证接收机灵敏度的前提下受控级应尽量 靠前。3 设 计 AGC 环 路 的 增 益 ， 保 证 环 路 的 稳 定 性 。一 般 来 说 ， 第 一 级 AGC 用 该 用 处 理 大 信 号 能 力 强 ， 工 作 频 段 高 的 AGC ， PIN 管 结 构 的 AGC 较 为 合 适 ， 来 获 取

34、 大 于 30dB 的 动 态 范 围 ，第 二 级 可 以 用 VGA 构 成 的 AGC ，也 可 以 用 分 量 器 件 的 AGC ，主 要 是 看 输 入 信 号 的 最 大 电 平 是 否 适 合 。 第 三 级 AGC 一 般 在 IF 级 ， 由 于 频 段 较 低 ， 可 以 用 VGA AGC 。 通 常 ， 三 级 AGC 级 联 可 以 获 得 大 于 80dB ， 的 动 态 范 围 ， 为 了 保 证 许 多 的 稳 定 性 ， AGC 级 联 之 间 一 般 要 加 一 定 的 衰 减 保 证 在 小 信 号 时 不 自 激 。 如 果 接 收 机 所 接 收 的

35、 RF 信 号 频 段 不 高 ， VGA 可 以 在 接 收 机 的 RF 段 上 工 作 ，那 么 可 以 在 变 频 前 就将信号电平拉平，完成动态范围要求，这样可以保证信号变频前功 率处于 同一量级 ， 时 IF 电路 能较好的工作 ， 减少 IF 级 以及后级 电路 调 试 难 度 ， 减 少 问 题 。 但 是 多 级 AGC 电 路 在 同 一 频 率 上 之 间 级 联 ， 会 带 来 一 些 问 题 ， 增 加 AGC 电 路 的 调 试 难 度 。 必 须 保 证 以 下 几 点 要 求 ， 这 是 在 本 项 目 经 过 三 次 改 版 ， 多 次 反 复 调 试 AGC

36、 电 路 后 的 一 点 体会，如下：1 第 一级 AGC 在小信号 时的 插损必须很小 ， 因 为如果在这级 AGC之 前没有第 一级高放 的情况下 ，这 一级 AGC 的 插 损就之 间 加到 整机的噪声系数上，带来的后果时很严重的。因此插损一般必 须小于24dB。在设计苛刻的灵敏度的接收机时，这种方案时 不 可行的 ， 信号是不 能直接进入 AGC 的 。2 仔 细 考 虑 起 控 点 。一 般 第 一 级 AGC 要 在 输 出 信 号 电 平 满 足 下 一级要求的情况下，完全实现动态范围，这一级对小信号的作用 是最关键 的 。 后级 AGC 的起控点 必须仔细 考虑 ， 越 后级的

37、 AGC 的控制灵敏度应设置的越高。比如信号输入为110dBm 0dBm ，要 满足 110dB 的 动 态范 围 ，第 一级 PIN AGC 的 动 态范 围 为 30dB , 10+ 20dB ;第二、三级为 VGA AGC ,动态 范围分别为40dB，。第二级为10+ 30dB，第三级为040dB , 每级输入 不能超过 15dBm ， 每两级之 间加 5dB 的衰减量。 信 号经过第一级AGC后为：9010dBm ;衰减5dB : 95 15dBm ;经过 第二级 AGC 后为：6525dBm ;衰减5dB : 7030dBm；最 后一级AGC 后：0dBm 2dBm。这 样基本 上

38、实 现 了 110dB 的 动 态 范 围 。 AGC 级 与 级 之 间 加 衰 减 是 为 了 防 止小信号时信道 自激 ， 因为 小信号输入 时 AGC 对信号没有衰减 ， 每 级 AGC 中 的 放 大 器 直 接 级 联 经 常 会 自 激 。以 上 讨 论 时 基 于 理 论 上 的 ，在 实 际 调 试 中 ，级 联 AGC 的 调 试 难 度 是 非 常 大 的 ，会 出 现许多意想不到的 问题 ， 需要反复调试 。 如上所述的 110dB 的 动态范 围 实现 用三 级 AGC 一般是不够 的 ，实 际 中 ，并 不是每 级 的 动态范 围加 起来 就能满足 总的 动态范 围

39、 ，后 级 AGC 的 控制 灵敏度一般很难做到所要求的，而且在小信号时，接收机噪声 及杂散 的影 响很大 ， 级联 AGC 对 小信号的放大量并不是每级 AGC 中 放 大 器 的 增 益 只 和 。3 慎重考 虑信道 中 每一点 处的 最大功率值 ， 尤其 时在 放大器前 ， 要满足有源器件 的 P 1dB 压缩点要求 ，防 止信号压缩 。因 此 第 一 级 AGC 中 的 放 大 器 选 择 要 选 压 缩 点 高 ，线 性 度 好 的 管 子 ，接 收机接收 的 最大信号到第一级 AGC 电路 ， 经过 AGC 的 最大衰 减后的功率必须小于放大器的 1dB 压缩点 。 一般为了保证信

40、道 的不失真，要在P 1dB压缩点处回退610dB。同样以次设置 后级有源器件前的最大功率值，这需要在设计电路时就要仔细21电子科技大学硕士学位论文高线性大动态范围宽带接收机研究与实现的考虑，在调试时通过对AGC起控点的设置来满足此要求。4 . 最后一级AGC最难实现。因为经过前几级AGC电路，到最后 一级AGC时，信号功率一般较高，因此检波后直流值比较大， 这要求AGC控制灵敏度很高才能满足要求，而且前级电路的噪 声以及杂散在这一级的影响明显增大，会出现在不需要衰减时， 直流运放的输出过大，控制电压大而时衰减量过大。5 . 级联AGC的调试应从前往后一级一级级联调试，当全部级联后 不满足系统要求时，断开后从后级一级一级往前级联调试，从 中不断发现问题的根本所在，找到解决问题的方法。如果时设 计中的问题，就需要改版，重新设计电路。级联AGC可以用下图120所示的方法来设计，确保每一点处 的功率值满足压缩点要求，信号功率处于图中最大信号和最小信号两 条曲线之间。级联之间的固定衰减量以量级之间放大器不自激为，并 且在下一级AGC最大衰减量不够的情况下将最大信号衰减到下一