當(dāng)前位置:首頁 > 工業(yè)控制 > 工業(yè)控制
[導(dǎo)讀]在GPS接收機(jī)中,由于不同的傳輸距離以及多路徑衰減的效應(yīng),使得接收機(jī)收到的信號強(qiáng)度是不固定的,所以采用一個自動增益控制電路來將信號強(qiáng)度處理成一個固定的強(qiáng)度大小。本文的目的在于,分析與設(shè)計一個應(yīng)用與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的自動增益控制電路。介紹了自動增益控制的原理,對相關(guān)的電路設(shè)計進(jìn)行了分析,并給出了仿真結(jié)果。

摘要:在GPS接收機(jī)中,由于不同的傳輸距離以及多路徑衰減的效應(yīng),使得接收機(jī)收到的信號強(qiáng)度是不固定的,所以采用一個自動增益控制電路來將信號強(qiáng)度處理成一個固定的強(qiáng)度大小。本文的目的在于,分析與設(shè)計一個應(yīng)用與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的自動增益控制電路。介紹了自動增益控制的原理,對相關(guān)的電路設(shè)計進(jìn)行了分析,并給出了仿真結(jié)果。

GPS(Global Position System)是全球定位系統(tǒng)的簡稱,目的是在全球范圍內(nèi)對地面或空中目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和監(jiān)測。隨著全球性空間定位信息應(yīng)用的日益廣泛,GPS提供的定位服務(wù)給人們的生活帶來了巨大的變化和深遠(yuǎn)的影響。自動增益控制(Automatic Gain Control)系統(tǒng)是無線接收機(jī)的關(guān)鍵模塊,對于GPS接收機(jī)來說,在實際的應(yīng)用中進(jìn)入接收機(jī)頻帶的信號很多,除了有用信號,噪聲的干擾、環(huán)境的變化都會使信號起伏變化,影響信號的處理,基于以上目的需要一種能夠自動調(diào)節(jié)增益,并且具有較大增益范圍的系統(tǒng)來控制信號的變化,這就是自動增益控制系統(tǒng)。

自動增益控制系統(tǒng)在接收機(jī)中主要完成以下兩方面工作:第一,防止信號過大引起接收機(jī)過載。對于接收信號來說由于距離不同,接收信號也有強(qiáng)弱之分,當(dāng)距離較近時信號可能會過強(qiáng),距離遠(yuǎn)時信號會較弱。這時要求接收機(jī)能夠適應(yīng)這種變化,信號強(qiáng)時減小接收機(jī)增益,信號弱時增大接收機(jī)增益。第二,補(bǔ)償接收機(jī)增益不穩(wěn)定。當(dāng)接收機(jī)工作時,電壓的不穩(wěn)定性、工藝參數(shù)、溫度的變化都會引起增益起伏,自動增益控制就是補(bǔ)償由接收機(jī)本身造成的誤差。

1 AGC工作原理概述

自動增益控制主要包括3個部分:自動增益控制放大器、脈沖寬度調(diào)制(PWM)式自動增益控制和一個脈沖寬度譯碼器。其中自動增益控制放大器和脈沖寬度譯碼器在射頻芯片中實現(xiàn),脈沖寬度調(diào)制(PWM)式自動增益控制在基帶芯片中實現(xiàn)。

其工作原理為:自動增益控制放大器負(fù)責(zé)放大中頻信號保證其正常被A/D采樣為兩位數(shù)字信號SIGN、MAG,其中MAG信號的占空比反映了中頻信號的幅度,即在一定程度上反映了自動增益控制放大器的增益;脈沖寬度調(diào)制(PWM)式自動增益控制根據(jù)輸入的MAG信號(可能為I|Q分離后的MAG信號)對信號增益進(jìn)行控制,并最終反饋輸出一個脈沖寬度調(diào)制信號以重新調(diào)節(jié)自動增益控制放大器的增益;脈沖寬度譯碼器負(fù)責(zé)將這一脈沖寬度調(diào)制信號解調(diào)為5位二進(jìn)制增益控制字,并輸出到自動增益控制放大器的每一個增益級,達(dá)到自動調(diào)節(jié)放大器總增益的目的。

基帶中的AGC主要是完成對I路和0路的MAG中1的個數(shù)進(jìn)行一個統(tǒng)計,如果統(tǒng)計出的結(jié)果大于設(shè)定的閾值,那么就會增加輸出的增益調(diào)整脈沖寬度,使得信號增益降低;相反地,如果統(tǒng)計出的結(jié)果小于閾值,則減小增益調(diào)整脈沖寬度,使得信號增益增加。

2 各模塊具體設(shè)計

2.1 自動增益控制放大器

自動增益控制放大器由5位二進(jìn)制增益控制字(B1~B5)控制開關(guān)的五級放大電路(agc5、agc43、agc21)級聯(lián)組成。每級agc放大電路由兩級不同增益的差分放大管串聯(lián)而成,偏置電路為每級差分對放大管提供相同的尾電流,其中一級放大管由B1~B5低電平有效的開關(guān)控制,集電極接大的負(fù)載電阻,為高增益放大級;另一級放大管由B1~B5高電平有效的開關(guān)控制,集電極接同樣的負(fù)載電阻但發(fā)射極接負(fù)反饋電阻,增大了放大管的線性工作范圍但降低了增益,為低增益放大級。這樣,B1~B5不同的邏輯位控制輸出不同的增益。

各級放大管增益的設(shè)計遵循以下原則:

agc5、agc43采用阻容級間耦合方式,agc21采用直接耦合方式,并在輸出接有電壓buffer以保證放大器的負(fù)載能力。耦合阻容額外提供了整個放大器的上限頻率,而放大器本身及電壓buffer(射隨器)提供了下限頻率,使得整個放大器的頻率響應(yīng)為一帶通形狀。

2.2 脈沖寬度調(diào)制(PWM)式自動增益控制

圖1說明了脈沖寬度調(diào)制(PWM)式自動增益控制的硬件實現(xiàn)架構(gòu)。這個模塊從數(shù)據(jù)分離器中取I和Q的幅度位(MAG)輸出,計算1ms內(nèi)累加的I&Q或I|Q,即通過MAG信號的占空比計算當(dāng)前AGC的增益。然后將計算結(jié)果與可編程的RF閾值(由寄存器寫入)做比較,以此來決定下一個毫秒 AGC的增益。累加和比較操作是通過一個減計數(shù)器(RfThrHCnt)實現(xiàn)的,這個計數(shù)器的初始化值是在毫秒邊沿由13位可編程的RF閾值設(shè)定。若 I&Q或I|Q為0,則RF閾值保持不變;若I&Q或I|Q為1,則RF閾值減“1”。1ms內(nèi)RF閾值減計數(shù)的最終結(jié)果送入下一級 AGC Cnt中。

RF閾值的設(shè)定原理如下:在I|Q的情況下,對1msI和Q中1的個數(shù)進(jìn)行累加。在整個1 ms的數(shù)據(jù)中,出現(xiàn)1的概率為0.3,出現(xiàn)0的概率為0.7。則I=1,Q=1的概率為0.3x0.3 =0.09,I=1,Q=0的概率為0.3x0.7=0.21,I=0,Q=1的概率為0.3x0.7=0.21,因此I|Q=1的概率為0.09+0.21+0.21=0.51。在38F0模式下,RF閾值=(1 023x38/2)x0.51 ≈9 913=2688,加上寄存器控制位的值8 000,就可得到寫入寄存器800d123e中的閾值A(chǔ)688。

AGC Gain由一個可加/減計數(shù)器(AGC Cnt)來實現(xiàn)。這個計數(shù)器的初始化值是在毫秒邊沿由6位可編程的AGC Gain值(由寄存器寫入)設(shè)定。若1 ms內(nèi)RF閾值減計數(shù)的結(jié)果為0時,則AGC Gain值加“1”;若1 ms內(nèi)RF閾值減計數(shù)的結(jié)果不為0時,則AGC Gain值減“1”;最終每1 ms輸出一個AGC Gain值(為6位二進(jìn)制數(shù)),從一個毫秒到另一個毫秒AGC Gain值加“1”或減“1”。

AGC Gain值可以通過PWM模式輸出,將AGC Gain值與ACQCLK的7分頻后的時鐘做一運(yùn)算,輸出脈寬信號AGC_DATA送到RF電路中,數(shù)據(jù)的脈沖寬度等于(AGCgain+1)*(period of ACQCLK/7),其時序如圖2所示。

2.3 脈沖寬度譯碼器

該模塊將AGCDATA脈寬信號譯碼為5位二進(jìn)制增益控制位,來控制自動增益控制放大器的五級不同增益的放大電路。該電路由延時部分、邏輯轉(zhuǎn)換部分、計數(shù)器部分、數(shù)據(jù)輸出部分4部分組成。

延時部分由3個DIG_DLY_7組成。DIG_DLY_7的功能可以看作是當(dāng)時鐘上升沿到來后延時7個時鐘周期后觸發(fā)數(shù)據(jù)。

邏輯轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生3個邏輯:1)將AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)(一個脈寬包含M個時鐘周期)的上升沿延時3T(T為7個時鐘周期)個時鐘單位,下降沿延時 T個單位并與pwm_clk作與操作,變?yōu)榭商幚淼拿}寬數(shù)據(jù),其脈沖寬度中包含M-14個時鐘周期,記為DATA0信號。2)產(chǎn)生比AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)的上升沿延時T個時鐘周期,寬度為7個時鐘周期的RESET信號。3)產(chǎn)生比AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)的下降沿延時2T個時鐘周期,寬度為T個時鐘周期的觸發(fā)時鐘信號,記為CLK0信號。

計數(shù)器部分由若干個分頻模塊組成。其操作過程如下:在AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)的一個脈寬上升沿來臨后延時3個時鐘周期接收到RESET信號,對所有的分頻模塊進(jìn)行復(fù)位。分頻模塊進(jìn)行復(fù)位后,在AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)的一個脈寬上升沿來臨后延時9個時鐘周期,DATA0數(shù)據(jù)輸入,進(jìn)入 DIV7cmos模塊,其分頻機(jī)制如下:因為DIV3cmos模塊中包含兩個D觸發(fā)器,當(dāng)DATA0數(shù)據(jù)的第一個上升沿到來后不輸出數(shù)據(jù),到第二個上升沿到來后觸發(fā)輸出第一個上升沿,以后每隔3個上升沿觸發(fā)一次,占空比為1:2。

總結(jié)輸入數(shù)據(jù)DATA0與輸出數(shù)據(jù)所包含的上升沿的關(guān)系:

a               b

1個上升沿 0

2個上升沿 1

5個上升沿 2

8個上升沿 3

下面進(jìn)入若干個二分頻器模塊(組成計數(shù)器),數(shù)出每個輸入數(shù)據(jù)所包含的上升沿數(shù),并將結(jié)果送入數(shù)據(jù)輸出部分。

B1處計數(shù)結(jié)果應(yīng)為:

B2~B5以后逐次進(jìn)位。

數(shù)據(jù)輸出部分由CLK0信號觸發(fā)數(shù)據(jù),即在AGCDATA串行脈寬數(shù)據(jù)的一個脈寬下降沿來臨后延時6個時鐘周期輸出由計數(shù)器部分計出的數(shù)據(jù)。

3 仿真結(jié)果

1)前仿結(jié)果:

①增益列表及步長如表1所示。

由上可知:Gain Range=54.04 dB。

②頻率響應(yīng)如表2所示。

由上可知:agc的小信號-3dB帶寬在12M左右。

2)Worst Case仿真結(jié)果如表3所示。

GPS接收機(jī)中自動增益控制的設(shè)計" />

3)負(fù)載影響:

負(fù)載接adc后基本不影響agc增益。

4 結(jié)束語

用38f0下的AGC閾值和初值,導(dǎo)致的一個結(jié)果是輸出的脈沖寬度為368 ns。雖然增益很大,但是可以搜星,定位。一旦改變值,則不能搜星,定位。對這個現(xiàn)象的解釋暫時不清楚。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉