无线电系统中，由于受发射功率大小、收发距离远近和电波传播衰落等各种因素的影响，接收机所接收的信号强弱变化范围很大，信号强度的变化可从几微伏到几百毫伏[1]，有几十甚至上百dB的变化，在现在的数字中频接收机中，把A/D变换前移到了中频部分，因为A/D变换的动态范围只有20～30dB，要求射频低噪声放大器(LNA)和自动增益控制(AGC)电路能够提供大动态、高灵敏度、宽带放大[2]。
【摘 要】主要介绍了一种适用于225―512MHz的宽带数字中频AGC接收机的设计，该接收机的信号带宽是5MHz，OFDM调制。通过对宽带信号接收机的需求进行分析，详细阐述了AGC电路及控制方案的逐步实现过程。
【关键词】科技信息,AGC,UHF,宽带,数字中频接收机
1 UHF接收机的设计目标
本文所设计的接收机用于5MHz带宽的设备中，接收机的射频信号输入范围是225―512MHz，输入幅度-100～+10dBm，接收机的输出是70MHz中频信号，输出信号幅度要求是-25～-5dBm。
接收机采用超外差结构，一次变频，其基本结构如图1所示。
2 AGC动态范围的计算
根据上文，接收机的输入最小信号是-100dBm，输出最小幅度要求是-25dBm，因此最大增益是： -25-(-100)=75dB。
接收机的最大输入是10dBm，最大输出信号是-5dBm，因此最小衰减量是：10-(-5)=15dB。
因此，AGC要实现的控制范围是-15～+75dB，则整个接收通道的AGC动态范围要求是大于75-
(-15)=90dB。
3 可变增益放大(VGA)的设计
VGA单元可以用模拟手段及数字手段实现，但由于模拟AGC难以实现复杂、灵活的AGC控制算法，所以很难满足宽带多载波、多模式数字中频电路AGC的控制要求[3]。
为了实现精确增益可控，本设计采用数控衰减器+固定增益放大器的方式(见图2黑色框部分)，利用数控衰减器，通过控制它的衰减量大小来调整增益大小或者是采用数字器件通过数字方法实现增益的控制[4]，这样可以实现精度为1dB的增益控制，选用的固定增益放大器是SGA-4586Z，选用的数控衰减器是 HMC470LP3E。
SGA-4586Z可以在70MHz提供大约28.5dB的增益，HMC470LP3E的衰减可控范围是0～31dB，控制精度1dB，因此使用这两个器件组合可以实现-2.5～+28.5dB的VGA。
4 信号强度检测点的设计
信号幅度检测电路是信号数据流的幅度检测电路，可通过峰值检测电路或均值检测电路实现[5]，AGC系统需要在接收通道中设置信号强度检测位置来采集接收通道各处的信号能量，通过确认各处的信号强度安排合理的通道增益，保证输出中频信号落在要求的范围内。
信号强度检测需要兼顾到射频部分及中频部分，因此在第一级调谐滤波器、第一级和第二级中频滤波器后加入场强检测电路(见图2和图4中的场强检测部件)，用于检测该处的信号强度。
5 中频部分的增益及AGC实现
接收机中频部分只对中频频率进行滤波和放大处理，因为处理的频率单一，应该将大部分AGC控制范围放在这个部分，所以本设计在中频频段放置2级VGA电路。
中频部分放置了2个SAW滤波器，每个插损为6dB，因此还需要在中频部分加入一个补偿放大器，用于补偿中频滤波器产生的12dB的通道损耗。中频部分功能框图如图2所示。
由于用了一个放大器来补偿中频滤波器的插损，所以2级VGA能够给中频-57～-5dB的增益可调范围。
6 射频部分的增益AGC
由于中频部分只能提供5dB的最大衰减量和57dB的最大增益，因此射频部分还要能够提供最少10dB的衰减量和最少18dB的放大量。
按照中频的VGA的处理办法，使用VGA代替LNA，得到如图3所示的射频VGA电路。但是，如果在射频部分使用VGA来代替LNA，会使得接收机的噪声系数变得很差，影响接收机的性能。
7 射频部分电路的优化
为了避免使用VGA直接代替LNA引起的接收性能变差的问题，需将射频部分电路进行优化，具体优化措施如下：
(1)将LNA的增益分摊到2个放大器上，由于LNA要大于22dB，如果考虑射频部分调谐滤波器的插损及混频器的变频损耗，使用2个14dB低噪声放大器来代替图3的低噪放。
(2)第二级放大器放置在次级调谐滤波器之后，并与HMC470LP3E组成VGA，可实现17dB的插损及最大14dB的增益可调范围。
(3)第一级低噪放采用开关来选择放大及直通，进行增益调节，规定当输入信号大于5dBm时打开直通通路，保证接收机处于线性状态。
按照优化措施改进后，射频部分构成如图4所示。
8 AGC的控制办法
AGC的控制办法是把强度检测后的信号进行A/D采样保持，通过CPU对检波的数据进行比较判决[6]，并计算出送给数控衰减器的控制数据，用数据来控制数控衰减器，以达到控制增益的目的，形成了如图5所示的数字闭环AGC：
射频部分的图4和中频部分的图2构成了整个具有AGC功能的接收机，共有4个可以控制增益的位置，分别是：第一级低噪放放大直通选择、射频第一级VGA、中频第一级VGA及中频第二级VGA。
接收机传输的是带宽为5MHz的宽带信号，该信号对接收机的线性度有要求，因此要保证在整个通路中，不要有器件工作在饱和区。在接收通路中，信号经过各级放大滤波后，越靠近中频输出端口，信号能量就越大，因此越靠近中频输出，放大器就越接近饱和工作区。 为此，各级VGA都应该有调整增益的优先级，根据各个放大器进入饱和工作区的先后顺序，进行调制控制的优先顺序为：中频第二级VGA>中频第一级VGA>射频第一级VGA>第一级低噪放放大直通选择。
通过设定调制的优先顺序后，可以保证通道内各器件在各种增益条件下处于线性工作状态，确保了接收通道的线性。
9 接收通道的AGC行为分析
通过设定接收通道的AGC控制办法及各级VGA的控制顺序后，对接收通道的AGC进行行为分析，结果如图6所示：
根据图6可见，信号从-100dBm逐级增大到+10dBm的过程中，输出信号落在-20.2～-10.3dBm，满足-25～-5dBm的设计要求。同时，在输入信号不断加大的过程，各级AGC也是按照预先设定好的调整顺序先后起到增益调整的作用。
在输入信号由0dBm到10dBm变化时，第一级低噪放的增益直通开关状态变成直通状态，使信号直通，符合设计的要求，保证了后续电路工作在线性区内。
10 结论
本文主要介绍了一种宽带接收机的AGC设计思路，并详细解析从设计需求、通道搭建到AGC行为分析的设计过程。由于设计中设定的电路模块参数和实际器件特性一致，所以实物的测试结果与图6的设计结果基本相同。
在设计中，将设备中的数字控制资源与AGC功能进行结合，可以获取精确的AGC控制，同时也能用数字资源来实现复杂的AGC控制，具有很好的拓展性，便于AGC接收机适应各种复杂的工作环境。
参考文献：
[1] 曾兴雯，刘乃安，陈健. 高频电路原理与分析[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2005.
[2] 王利众，费元春，郭德淳. 数字接收机中频电路的研究[J]. 电讯技术， 2002(1)： 39-41.
[3] 曹鹏，费元春. 大动态宽带数字中频AGC系统的设计[J]. 北京理工大学学报， 2003(5)： 613-616.
[4] 郑生华. 振幅和差单脉冲雷达接收机高幅-相一致性AGC的设计[J]. 现代电子， 2000(4)： 37-40.
