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射频接收机前端AGC系统的电路设计

2018-09-22 09:37:09

摘要】本文主要是基于FPGA设计了射频接收前端AGC系统电路。根据现有的AGC系统电路控制原理能够获悉,系统设计的难点以及设计方案的选取主要是以ADL5330、A/转换器等搭建设计完成的系统硬件电路。测试结果主要是让系统电路在900~900MHz以及60dB输入动态范围,输出信号功率可以在16.5dBm的附近,且输出功率可以进行调节。

关键词】射频接收机;前端AGC系统;电路设计分析

电子系统多是处理幅度变化不是很明显的信号,若信号过大会对系统造成影响,使系统过载。但若信号太小会在信号较弱的情况下部分有用的信号会丢失,因而接受系统的初期需要根据现有的情况对AGC系统电路进行设定,目的是让系统的信号接受保持平衡。最终让后续的设备能平稳运行,若出现高频的情况,就要借助于高性能的数字AGC系统解决难点,并以FPGA为前提对AGC系统电路闭环系统进行数字化设计。

1AGC系统控制原理

1.1基本原理

无线通信系统接收系统运行中,多数使用闭环延迟的方式对ACG系统进行控制.AGC系统可以直接分为控制环路与受控放大器量大模块系统。在AGC系统的输入信号发生变化以后,控制环路的输电电压才能保持在电压为零的状态,此刻就相当于环路与系统断开。此时,若不对AGC系统进行调节增益,那么AGC系统的增益性就要控制在最小信号输入值内。

1.2稳定度分析

应用中,分析AGC闭环系统函数,可以借用图2的方式对函数的框架结构进行分析。图1中KVGA是可变增益放大器增益,可以在单位范围内对电压的增益情况进行调整,实现最大增益变化值;KDET是检波器的检波增益,主要是在单位范围内根据功率的输入和输出情况对增益效果的影响。

2系统电路设计存在难点

2.1难点

当前系统电路设计中存有的难点有:①电路匹配问题,既在规定的900~990MHz宽频带内实现60dB的动态范围,具体的增益平坦度可以小于等于3dB,虽然实现这一数值是有一定的难度的,因而电路设计过程中需要让噪音与功率两者能更好的进行匹配,用以设计好抗阻让其匹配;②信号耦合:A/D转化器能从数据端口获得对应数据信息,然后在定向耦合过程中使用取样的方式完成宽带耦合,让电阻的阻力减少,但是现在市面上使用较多的宽带耦合器的接口多使用SMA接头。虽然能让其抗阻能力增强,但是这种装置的特点之一是相对面积大,导致占地面积也随之增大,这将十分不利于系统设计时小而优的特点实施;③选择压控可变增益器。a.选取的可变增益器由于自身性能较高,所以不但可以满足现有的指标要求,同时也在留有一定余量的情况让电阻的可抗性系数降低。b.为能让信号系统在经由AGC系统后还能保持原有的性能,就要在宽频带内选择与之相对的线性性能较好的信号系统。c.电磁兼容问题。信号在传输中受到工作频段的影响,先要考虑是否能通过降低磁场感染能否让电磁在信号传输中减少影响。d.考虑系统的稳定性,根据上述情况能获悉一点,既系统的误差值是受到两个重要因素影响的,分别是系统稳态误差与压控可变增益,所以要探究清楚这两个放大器集成芯片的参数需求值。

2.2难点解决方案

解决匹配问题的最好方式是以纯电阻阻抗匹配为设计击穿,通过变压器进行电路传输,降低电常数介质损失因素,并从布局上考虑旁路,进而对其进行改善,通过消除电磁感应能让信号问题得到切实保障。通常情况下信号耦合问题的产生,一方面是在耦合器难度较大的情况下让耦合器的耦合度和隔离度方向保持一致。故此,本设计是借用二公分器的方式代替耦合器。选取功分器的时候需要根据功分器的具体情况,选择适宜其使用的功分器,建议使用0603的贴片做封装,这能在1GHz的频率范围让其使用高度能达到统一,尽量控制封装范围;压控可变增益放大器在内容选择上,先要从宽频范围的角度考虑问题,然后让增益范围的高线性得到保障,并使用dB实现增益信号功能控制,进而满足信号的输入与输出。

2.3电路设计

ADL5330主要是在宽频带、大动态范围内实现的压控增益dB单位的线性变换,为能让可变性增益放大器的作用发挥到极限,可以在单位时间内控制好电压变化增值产生的额度变化值。

2.4系统电路优点

系统电路的优点可以分为如下两方面:①体积轻小:在电源输出和转换部分,设置电源外界口,使用其他元器件做封装元器件贴片处理;信号耦合时可以使用0603贴片功分器进行替代;②高灵敏度和稳定性;大的宽带和大动态范围内由于其平坦度较好所以有利于提高系统的灵敏度。

3系统硬件测试

测试方法:先使用信号发生器把信号直接输入到AGC系统电路内,然后通过频谱仪观察机制对信号进行输入和输出,最终让信号的频谱和功率达到最佳状态。具体的输入信号能达到900MHz,功率为-30dBm时,使用频谱仪测得输出的信号功率为-17.17dBm。根据现有的测试结果能获悉,AGC系统中存在900~990MHz频段和60dB输入动态范围内的输出功率具体的平坦度在小于1.5dB;输出信号功率可以通过可调节的Vest值进行改变,可以调控的范围是大于10dB;控制信号能让输入信号更好的进行跟踪,从而让信号的输入与输出保持稳定。

4结束语

该AGC系统电路主要是集中在900~990MHz以及60dB的输入动态范围之内,让输出功率素质在-16.5dBm。根据当前的测试结果能了解到,系统电路的设计指标应符合电路设计要求,并在设计初期考虑到噪音的可抗性,因而应对其进行测试。噪音的出现究其源头是一级线路,所以应接入AGC系统输入信号,用以改变现有的噪音值。在90MHz宽带范围内输入信号不但能让信号的整体平坦度达到现有要求,也能在信号高频段输入和输出时有区别,从而能根据具体的情况使用阻抗匹配的方式让其兼容性得以改善。

参考文献

[1]张会民.WLAN射频接收机集成电路设计与研究[J].西安电子科技大学,2014(23):45~47.

[2]刘璇.2.4G高灵敏度接收机射频前端设计与实现[J].电子科技大学,2015(30):78~79.

[3]蔡立群.L波段接收机射频前端硬件平台设计及实现[J].杭州电子科技大学,2013(14):34~36.

作者:马志晓 单位:扬州航盛科技有限公司产品研发部硬件开发科

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