三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，包括：可變?cè)鲆娣糯笃?、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及反饋電路，所述反饋電路包括：查找表模塊、門(mén)限估計(jì)模塊、門(mén)限誤差模塊、增益步階更新模塊、增益計(jì)數(shù)器以及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，增益步階更新模塊將門(mén)限誤差與三級(jí)閾值比較，得到下一更新周期的增益步階，門(mén)限誤差越小，增益步階越小。本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)且穩(wěn)定調(diào)節(jié)；參考門(mén)限值設(shè)置為更新周期33%，能夠達(dá)到最佳信噪比損失，適用于低信噪比數(shù)據(jù)處理；適用于2bit及以上所有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型還提供一種三級(jí)自動(dòng)增益D控制方法。
【專利說(shuō)明】三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于數(shù)字通信電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種數(shù)字自動(dòng)增益控制的電路，尤其涉及一種應(yīng)用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字集成電路由于其優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理速度、良好的抗噪聲能力及相對(duì)較小的面積和低功耗而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此，大規(guī)模數(shù)據(jù)處理時(shí)通常將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行一系列處理后再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。
[0003]模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功能即實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。隨著數(shù)據(jù)處理精度的提高，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器要求更多的比特位寬來(lái)滿足精度的要求。接收機(jī)接收到的信號(hào)由于外界信號(hào)干擾、多徑衰落以及信道噪聲等因素，導(dǎo)致模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收到的信號(hào)在一個(gè)較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化，單純的使用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和失真，甚至是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身遭到破壞。
[0004]自動(dòng)增益控制的作用是調(diào)整信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，以使信號(hào)充分利用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)保證最小的信噪比損失和線性失真。
[0005]傳統(tǒng)的自動(dòng)增益控制是由模擬電路實(shí)現(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)模擬信號(hào)的能量實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)整，這種自動(dòng)增益控制是通過(guò)前饋電路實(shí)現(xiàn)，其主要缺點(diǎn)是由于模擬電路固有的功耗和面積因素，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大，且會(huì)造成信號(hào)的線性失真。
[0006]近年來(lái)，基于反饋形式的數(shù)字自動(dòng)增益控制也得到了廣泛深入的研究。
[0007]申請(qǐng)?zhí)朇N101005284A，名稱為“自動(dòng)增益控制裝置”的中國(guó)發(fā)明專利，提供了一種基于反饋的自動(dòng)增益控制環(huán)路方法，此篇專利的自動(dòng)增益控制裝置I如圖1所示。該自動(dòng)增益控制部分包括:可變?cè)鲆娣糯笃?1，用以根據(jù)一增益放大一模擬信號(hào)；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12，用以將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)；以及反饋電路13，該反饋電路13包括振幅位準(zhǔn)檢測(cè)器131，根據(jù)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生第一振幅位準(zhǔn)和第二振幅位準(zhǔn)；范圍檢測(cè)器132，根據(jù)第一振幅位準(zhǔn)及第二振幅位準(zhǔn)產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)；增益控制器133，包括增益計(jì)數(shù)器134與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器135，根據(jù)范圍檢測(cè)器132產(chǎn)生的調(diào)整信號(hào)自動(dòng)調(diào)整增益，此發(fā)明可以充分利用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入范圍并能有效地去除直流偏移量。
[0008]自動(dòng)增益控制裝置I中，增益在每個(gè)時(shí)鐘周期都進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種增益控制方式對(duì)于數(shù)據(jù)幅度變化較為穩(wěn)定的信號(hào)具有較佳的調(diào)節(jié)能力，反應(yīng)靈敏，但對(duì)于低信噪比信號(hào)，尤其是信號(hào)功率遠(yuǎn)小于熱噪聲功率的信號(hào)，由于熱噪聲的隨機(jī)特性，調(diào)節(jié)后會(huì)造成信號(hào)的嚴(yán)重失真，而且增益波動(dòng)較大，信號(hào)穩(wěn)定性較差，經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后易造成較大的信噪比損失。
[0009]申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610138564，名稱為“基于特定查找表的數(shù)字自動(dòng)增益控制裝置”的中國(guó)發(fā)明專利，提供了一種基于特定查找表方式的自動(dòng)增益控制環(huán)路方法，此篇專利的自動(dòng)增益控制裝置2如圖2所示。該自動(dòng)增益控制裝置包括:天線21、帶通濾波器22、可變?cè)鲆娣糯笃?3、下混頻器24、模數(shù)轉(zhuǎn)換器25、基帶模塊26和DAC 20，還包括:幅度檢測(cè)器27，對(duì)接收到的N個(gè)樣點(diǎn)，采用時(shí)域平均的方法進(jìn)行幅度檢測(cè)；查找表28，將檢測(cè)結(jié)果與參考電平相比較，得到之間的誤差；環(huán)路濾波器29，通過(guò)誤差信號(hào)得到相應(yīng)增益控制信號(hào)的序號(hào)，將此信號(hào)作為索引輸入查找表，得到增益控制信號(hào)后經(jīng)過(guò)DAC反饋控制VGA的增益。
[0010]自動(dòng)增益控制裝置2中，使用了查找表28，取代了傳統(tǒng)的自動(dòng)增益控制中的對(duì)數(shù)運(yùn)算和反對(duì)數(shù)運(yùn)算，降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了啟動(dòng)階段的響應(yīng)速度。查找表的方式降低了電路的運(yùn)算復(fù)雜度，提高了電路的速度，但在另一方面，查找表方式計(jì)算數(shù)據(jù)有其功能的局限性，首先，查找表中數(shù)據(jù)不能夠覆蓋所有的情況，如自動(dòng)增益控制裝置2中，查找表28若為輸入信號(hào)電平遞減0.25dB排列的查找表，則對(duì)于信號(hào)改變精度小于0.25dB時(shí)則不容易得到合適的增益控制信號(hào)，其次，對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍較大的信號(hào)，其查找表的規(guī)模必定導(dǎo)致電路規(guī)模很大。
[0011]因此，在數(shù)字通信電路【技術(shù)領(lǐng)域】迫切需要本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種能夠有效克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定和快速的調(diào)節(jié)，同時(shí)具有電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的自動(dòng)增益控制裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提供一種三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，實(shí)現(xiàn)增益更為穩(wěn)定和快速的調(diào)節(jié)，同時(shí)適用于較小的信噪比，另外電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
[0013]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供一種三級(jí)自動(dòng)增益控制方法。
[0014]本實(shí)用新型采用三級(jí)閾值，將門(mén)限誤差值分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，以實(shí)現(xiàn)增益更為穩(wěn)定和快速的調(diào)節(jié)。
[0015]本實(shí)用新型將參考門(mén)限值設(shè)置為更新周期的33%，使得高幅值數(shù)據(jù)的比率為總數(shù)據(jù)的33%左右時(shí)，達(dá)到最佳信噪比損失，適用于低信噪比數(shù)據(jù)處理。
[0016]本實(shí)用新型采用查找表的方式，降低了電路運(yùn)算復(fù)雜度的同時(shí)，也降低了電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
[0017]本實(shí)用新型提供一種三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，包括:
[0018]可變?cè)鲆娣糯笃?，用于根?jù)增益控制信號(hào)調(diào)整輸入模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍；
[0019]模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將調(diào)整后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入與可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵鲞B接；
[0020]反饋電路，用于產(chǎn)生可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婵刂菩盘?hào)，反饋電路的輸入與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出連接，反饋電路的輸出與可變?cè)鲆娣糯笃鞯囊粋€(gè)輸入連接；
[0021]反饋電路包括:
[0022]查找表模塊，用于根據(jù)模式參數(shù)，獲取更新周期、參考門(mén)限值以及增益步階更新的三級(jí)閾值，三級(jí)閾值包括從大到小依次排列的第一級(jí)閾值，第二級(jí)閾值和第三級(jí)閾值；
[0023]門(mén)限估計(jì)模塊，用于在每個(gè)更新周期內(nèi)統(tǒng)計(jì)門(mén)限估計(jì)值；
[0024]門(mén)限誤差模塊，用于比較門(mén)限估計(jì)值與參考門(mén)限值得到門(mén)限誤差；
[0025]增益步階更新模塊，用于將門(mén)限誤差與三級(jí)閾值比較，得到下一更新周期的增益步階，門(mén)限誤差越小，增益步階越??；
[0026]增益計(jì)數(shù)器，用于對(duì)增益步階累計(jì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，以更新當(dāng)前增益控制字；
[0027]數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用于將當(dāng)前增益控制字轉(zhuǎn)換為增益控制信號(hào)；
[0028]門(mén)限估計(jì)模塊、門(mén)限誤差模塊、增益步階更新模塊、增益計(jì)數(shù)器以及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器依次連接，門(mén)限估計(jì)模塊的輸入為反饋電路的輸入，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出為反饋電路的輸出；查找表模塊分別與門(mén)限估計(jì)模塊、門(mén)限誤差模塊、增益步階更新模塊連接。
[0029]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差值分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第一級(jí)閾值，為第一級(jí)增益調(diào)整階段，增益步階設(shè)置為第一增益步階，該階段由于門(mén)限誤差大，第一增益步階也較大，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)；當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第二級(jí)閾值且小于第一級(jí)閾值，為第二級(jí)增益調(diào)整階段，增益步階設(shè)置為第二增益步階，第二增益步階小于第一增益步階；當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第三級(jí)閾值且小于第二級(jí)閾值，為第三級(jí)增益調(diào)整階段，增益步階設(shè)置為第三增益步階，第三增益步階小于第二增益步階；當(dāng)門(mén)限誤差小于等于第三級(jí)閾值，增益步階設(shè)置為0，增益達(dá)到穩(wěn)定，不產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)。
[0030]因此，門(mén)限誤差越大時(shí)，下一更新周期的增益步階設(shè)置越大，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)；而門(mén)限誤差越小時(shí)，下一更新周期的增益步階設(shè)置越小甚至設(shè)置為0，從而實(shí)現(xiàn)增益的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。
[0031]進(jìn)一步地，參考門(mén)限值與更新周期之間的數(shù)值關(guān)系為:
[0032]參考門(mén)限值=更新周期X 33 %。
[0033]對(duì)于低信噪比數(shù)據(jù)，尤其是有用信號(hào)功率遠(yuǎn)小于熱噪聲功率的接收數(shù)據(jù)，有用信號(hào)被淹沒(méi)在白噪聲中。由于接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，理論表明，在僅有白噪聲干擾的情況下，當(dāng)高幅值數(shù)據(jù)的比率為總數(shù)據(jù)的33%左右時(shí)，能夠達(dá)到最佳信噪比損失，解調(diào)時(shí)能夠完整恢復(fù)有用信號(hào)，其中33%的來(lái)源為高斯白噪聲信號(hào)幅度大于高斯白噪聲統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差的比率。
[0034]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，將參考門(mén)限值設(shè)置為更新周期的33 %，能夠適用于低信噪比數(shù)據(jù)處理，尤其適用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的低信噪比數(shù)據(jù)處理。
[0035]進(jìn)一步地，第一級(jí)閾值為距離參考門(mén)限值2dB的臨界值，第二級(jí)閾值為距離參考門(mén)限值IdB的臨界值，第三級(jí)閾值為距離參考門(mén)限值0.5dB的臨界值。
[0036]進(jìn)一步地，模式參數(shù)包括:更快調(diào)節(jié)模式、快速調(diào)節(jié)模式、折中調(diào)節(jié)模式以及慢速穩(wěn)定調(diào)節(jié)模式。
[0037]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，可以采用不同的調(diào)節(jié)模式，以適用于不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要，不同的調(diào)節(jié)模式對(duì)應(yīng)于不同的更新周期。
[0038]進(jìn)一步地，門(mén)限估計(jì)模塊包括計(jì)數(shù)器與累加器，計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生周期性更新信號(hào)；累加器的輸入端連接模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的次高數(shù)據(jù)位，以在每個(gè)更新周期內(nèi)統(tǒng)計(jì)門(mén)限估計(jì)值，且在計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的周期性更新信號(hào)有效時(shí)輸出門(mén)限估計(jì)值。
[0039]進(jìn)一步地，門(mén)限誤差模塊為減法器，減法器的第一輸入端連接門(mén)限估計(jì)模塊的輸出端，第二輸入端連接查表模塊的參考門(mén)限值輸出端，以獲得門(mén)限誤差值。
[0040]進(jìn)一步地，增益步階更新模塊包括:增益級(jí)別判斷器與增益步階調(diào)整器，增益級(jí)別判斷器的第一輸入端連接門(mén)限誤差模塊的輸出端，增益級(jí)別判斷器的第二輸入端連接查找表模塊的三級(jí)閾值輸出端，用于比較門(mén)限誤差值與三級(jí)閾值，輸出增益級(jí)別；增益步階調(diào)整器的輸入端連接增益級(jí)別判斷器的輸出端，用于根據(jù)增益級(jí)別輸出增益步階；增益步階為增益步階系數(shù)與門(mén)限誤差值的乘積值。
[0041]本實(shí)用新型還提供一種三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的三級(jí)自動(dòng)增益控制方法，包括以下步驟:
[0042](I)查找表模塊根據(jù)模式參數(shù)，獲取更新周期、參考門(mén)限值以及增益步階更新的三級(jí)閾值:
[0043](2)門(mén)限估計(jì)模塊在每個(gè)更新周期內(nèi)統(tǒng)計(jì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)的門(mén)限估計(jì)值；
[0044](3)門(mén)限誤差模塊比較門(mén)限估計(jì)值與參考門(mén)限值得到門(mén)限誤差；
[0045](4)增益步階更新模塊將門(mén)限誤差與三級(jí)閾值比較，得到下一更新周期的增益步階，門(mén)限誤差越小，增益步階越小；
[0046](5)增益計(jì)數(shù)器對(duì)增益步階累計(jì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，更新當(dāng)前增益控制字；
[0047](6)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器將當(dāng)前增益控制字轉(zhuǎn)換為增益控制信號(hào)；增益控制信號(hào)輸入到可變?cè)鲆娣糯笃?，以調(diào)整輸入模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0048]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制方法，采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，門(mén)限誤差越大時(shí)，增益步階設(shè)置越大，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)；門(mén)限誤差越小時(shí)增益步階設(shè)置越小甚至設(shè)置為0，從而實(shí)現(xiàn)增益的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。
[0049]進(jìn)一步地，步驟(4)中增益步階更新模塊將門(mén)限誤差與三級(jí)閾值比較，得到下一更新周期的增益步階的方法包括:
[0050](41)對(duì)門(mén)限誤差取絕對(duì)值；
[0051](42)比較門(mén)限誤差的絕對(duì)值與三級(jí)閾值，當(dāng)門(mén)限誤差的絕對(duì)值大于第一級(jí)閾值時(shí)，增益步階系數(shù)設(shè)置為第一增益步階系數(shù)；當(dāng)門(mén)限誤差的絕對(duì)值小于等于第一級(jí)閾值且大于第二級(jí)閾值時(shí)，增益步階系數(shù)設(shè)置為第二增益步階系數(shù)；當(dāng)門(mén)限誤差的絕對(duì)值小于等于第二級(jí)閾值且大于第三級(jí)閾值時(shí)，增益步階系數(shù)設(shè)置為第三增益步階系數(shù)；當(dāng)門(mén)限誤差的絕對(duì)值小于等于第三級(jí)閾值時(shí)，增益步階系數(shù)設(shè)置為0，第一增益步階系數(shù)大于第二增益步階系數(shù)，第二增益步階系數(shù)大于第三增益步階系數(shù)。
[0052]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制方法，采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第一級(jí)閾值，為第一級(jí)增益調(diào)整階段，由于門(mén)限誤差大，增益步階設(shè)置為第一增益步階，第一增益步階較大，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)；當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第二級(jí)閾值且小于第一級(jí)閾值，為第二級(jí)增益調(diào)整階段，增益步階設(shè)置為第二增益步階，第二增益步階小于第一增益步階；當(dāng)門(mén)限誤差大于等于第三級(jí)閾值且小于第二級(jí)閾值，為第三級(jí)增益調(diào)整階段，增益步階設(shè)置為第三增益步階，第三增益步階小于第二增益步階；當(dāng)門(mén)限誤差小于等于第三級(jí)閾值，增益步階設(shè)置為0，增益達(dá)到穩(wěn)定，不產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)。
[0053]進(jìn)一步地,步驟(42)中第一增益步階系數(shù)為0.5,第二增益步階系數(shù)為0.125,第三增益步階系數(shù)0.0625。相應(yīng)的增益步階值由以下公式確定:
[0054]增益步階值=門(mén)限誤差值X增益步階系數(shù)
[0055]如果采用運(yùn)算，包含多個(gè)小數(shù)位的運(yùn)算會(huì)帶來(lái)計(jì)算精度上的損失。為了減小精度損失，在實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，增益步階值通過(guò)算術(shù)移位獲得:
[0056]第一增益步階值=門(mén)限誤差值X 0.5 = 23χ丨暴吳纖




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[0057]
第二增益步階值=門(mén)限誤差值X 0.125 = 2χ丨獅吳纖




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[0058]
第三增益步階值=門(mén)限誤差值X 0.625 =丨頂誤纖




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[0059]在實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，上述公式分母中的16，可以通過(guò)右移4位實(shí)現(xiàn)，而上述公式分子中的倍數(shù)，可以分別通過(guò)對(duì)門(mén)限誤差值做算術(shù)左移三位、算術(shù)左移一位和保持門(mén)限誤差值獲得。
[0060]采用算術(shù)左移進(jìn)行倍數(shù)的調(diào)整，不會(huì)造成計(jì)算精度的損失。
[0061]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置以及三級(jí)自動(dòng)增益控制方法具有以下有益效果:
[0062]1、采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)且穩(wěn)定調(diào)節(jié)；
[0063]2、參考門(mén)限值設(shè)置為更新周期的33%，由于接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，在僅有白噪聲干擾的情況下，當(dāng)高幅值數(shù)據(jù)的比率為總數(shù)據(jù)的33%左右時(shí)，能夠達(dá)到最佳信噪比損失，解調(diào)時(shí)能夠完整恢復(fù)有用信號(hào)，因而適用于低信噪比數(shù)據(jù)處理，尤其適用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的低信噪比數(shù)據(jù)處理；
[0064]3、由于數(shù)據(jù)處理時(shí)僅采用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號(hào)的次高數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)，所以適用于2bit及以上所有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0065]4、在實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，增益步階值通過(guò)算術(shù)移位獲得，不會(huì)造成計(jì)算精度的損失。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0066]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種自動(dòng)增益控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0067]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中另一種自動(dòng)增益控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖3為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069]圖4為圖3所示的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的門(mén)限估計(jì)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070]圖5為圖3所示的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的增益步階更新模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0071]圖6為圖3所示的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的增益計(jì)數(shù)器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0072]圖7為圖3所示的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的增益計(jì)數(shù)器模塊的電路構(gòu)成示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0073]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
[0074]如圖3所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置包括可變?cè)鲆娣糯笃?1，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32以及反饋電路33。
[0075]可變?cè)鲆娣糯笃?1的一個(gè)輸入端連接模擬信號(hào)300，另一個(gè)輸入端連接增益控制信號(hào)303，輸出經(jīng)放大后的模擬信號(hào)；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32的輸入端連接可變?cè)鲆娣糯笃?1的輸出，輸出經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)301 ;反饋電路33的輸入端連接模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32輸出數(shù)字信號(hào)301的次高數(shù)據(jù)位304，輸出對(duì)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婵刂菩盘?hào)303。
[0076]反饋電路33包括查找表模塊41、門(mén)限估計(jì)模塊42，門(mén)限誤差模塊43，增益步階更新模塊44、增益計(jì)數(shù)器45以及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器46。
[0077]在反饋電路33中，查找表模塊41的輸入端連接模式參數(shù)302，輸出更新周期401，參考門(mén)限值402，以及第一級(jí)閾值403，第二級(jí)閾值404，第三級(jí)閾值405。
[0078]如圖3所示，門(mén)限估計(jì)模塊42的一個(gè)輸入端連接模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32輸出數(shù)字信號(hào)301的次高數(shù)據(jù)位304，另一個(gè)輸入端連接查找表模塊41輸出的更新周期401，輸出門(mén)限估計(jì)值423和周期性更新信號(hào)422。
[0079]門(mén)限誤差模塊43的一個(gè)輸入端連接門(mén)限估計(jì)模塊42輸出的門(mén)限估計(jì)值423，另一個(gè)輸入端連接查找表模塊41輸出的參考門(mén)限值402，輸出門(mén)限誤差值442。
[0080]增益步階更新模塊44的一個(gè)輸入端連接門(mén)限誤差模塊43輸出的門(mén)限誤差值442，其余輸入端分別連接查找表模塊41輸出的第一級(jí)閾值403、第二級(jí)閾值404以及第三級(jí)閾值405，輸出增益步階443。
[0081]增益計(jì)數(shù)器模塊45的第一輸入端連接增益步階更新模塊44的輸出增益步階443，第二輸入端連接門(mén)限估計(jì)模塊42的輸出更新信號(hào)422，第三輸入端連接輸入信號(hào)模式參數(shù)302，得到增益控制字459 ;數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模塊的輸入端連接增益計(jì)數(shù)器45輸出的增益控制字459，輸出增益控制信號(hào)303。
[0082]可變?cè)鲆娣糯笃?1在增益控制信號(hào)303的控制下，將輸入的模擬信號(hào)300進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)301輸出，同時(shí)將數(shù)字信號(hào)301的次高數(shù)據(jù)位304 (數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位)送入反饋電路33得到對(duì)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嫘盘?hào)增益控制信號(hào)303。
[0083]在反饋電路中，在初始化或每個(gè)更新信號(hào)422有效時(shí)，查找表模塊41根據(jù)輸入模式參數(shù)302選擇更新周期401、參考門(mén)限值402和三級(jí)閾值:第一級(jí)閾值403，第二級(jí)閾值404，第三級(jí)閾值405 ；門(mén)限估計(jì)模塊42在每個(gè)更新周期401統(tǒng)計(jì)數(shù)字信號(hào)301的次高數(shù)據(jù)位304為“I”的個(gè)數(shù)，得到門(mén)限估計(jì)值423，送入門(mén)限誤差模塊43。
[0084]門(mén)限誤差模塊43為減法器，產(chǎn)生由參考門(mén)限值402與門(mén)限估計(jì)值423形成的門(mén)限誤差值442，送入增益步階更新模塊44 ;增益步階更新模塊44根據(jù)門(mén)限誤差值442和三級(jí)閾值403?405，產(chǎn)生相應(yīng)的增益步階443，送入增益計(jì)數(shù)器模塊45。
[0085]增益計(jì)數(shù)器45在每個(gè)更新信號(hào)422有效時(shí)，對(duì)增益步階443累加并編碼得到編碼增益控制字459，送入數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器46 ;數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器46將編碼增益控制字459轉(zhuǎn)換為增益控制信號(hào)303，送入可變?cè)鲆娣糯笃?1。
[0086]查找表模塊41包括:更新周期查找表、參考門(mén)限值查找表以及三級(jí)閾值查找表，分別用于根據(jù)模式參數(shù)302選取相應(yīng)的更新周期401、參考門(mén)限值402以及三級(jí)閾值，三級(jí)閾值包括第一級(jí)閾值403，第二級(jí)閾值404和第三級(jí)閾值405。
[0087]本實(shí)施例中的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置提供了四種模式:更快調(diào)節(jié)模式、快速調(diào)節(jié)模式、折中調(diào)節(jié)模式以及慢速穩(wěn)定調(diào)節(jié)模式，通過(guò)模式參數(shù)302的選擇。
[0088]本實(shí)施例中，對(duì)模式參數(shù)302采用2位編碼，其中00對(duì)應(yīng)于更快調(diào)節(jié)模式，01對(duì)應(yīng)于快速調(diào)節(jié)模式，10對(duì)應(yīng)于折中調(diào)節(jié)模式，11對(duì)應(yīng)于慢速穩(wěn)定調(diào)節(jié)模式。
[0089]更新周期查找表中，包括四種更新周期預(yù)設(shè)值63、127、255以及511，分別對(duì)應(yīng)于更新周期為64、128、256以及512個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。最小的更新周期預(yù)設(shè)值63對(duì)應(yīng)于更快調(diào)節(jié)模式，而最大的更新周期預(yù)設(shè)值511對(duì)應(yīng)于慢速穩(wěn)定調(diào)節(jié)模式，適用于較小的信噪比損失，但更新速度會(huì)受到影響。
[0090]參考門(mén)限值查找表中，包括預(yù)設(shè)的參考門(mén)限值402，參考門(mén)限值402與更新周期401之間的數(shù)值關(guān)系為:參考門(mén)限值=更新周期X33%，即對(duì)于四種工作模式，更新周期查找表中的更新周期401預(yù)設(shè)值為63、127、255以及511，對(duì)應(yīng)到參考門(mén)限值查找表中的參考門(mén)限值402的相應(yīng)值為21、42、84以及169。
[0091]對(duì)于低信噪比數(shù)據(jù)，尤其是有用信號(hào)功率遠(yuǎn)小于熱噪聲功率的接收數(shù)據(jù)，有用信號(hào)被淹沒(méi)在白噪聲中。由于接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，在僅有白噪聲干擾的情況下，當(dāng)高幅值數(shù)據(jù)的比率為總數(shù)據(jù)的33%左右時(shí)，能夠達(dá)到最佳信噪比損失，解調(diào)時(shí)能夠完整恢復(fù)有用信號(hào)。
[0092]三級(jí)閾值查找表中，三級(jí)閾值403?405分別為距參考門(mén)限值402為2dB、ldB和
0.5dB動(dòng)態(tài)范圍的臨界值。三級(jí)閾值403?405也可以設(shè)置為其他值，例如:距離參考門(mén)限值6dB、ldB和0.5db以及其他能夠滿足性能要求的設(shè)置。
[0093]三級(jí)閾值可由以下公式計(jì)算得出:
[0094]設(shè)第N級(jí)增益收斂下限為xD,收斂上限為Xu, gi = 2dB, g2 = IdB, g3 = 0.5dB,三級(jí)閾值分別為T(mén)H1，TH2, TH3則有
[0095]則有THN = max (xD, Xu), N = 1,2,3
[0096]20Ig(四)=兄、.,201g(.)=—gjv, iV = l’2，3
XdXu
[0097]對(duì)于四種工作模式:
[0098](I)更快調(diào)節(jié)模式下，即更新周期401為63、參考門(mén)限值402為21的工作模式，其第一級(jí)閾值403為5，第二級(jí)閾值404為2，第三級(jí)閾值405為I ;
[0099](2)快速調(diào)節(jié)模式下，即更新周期401為127、參考門(mén)限值402為42的工作模式，其第一級(jí)閾值403為10，第二級(jí)閾值404為5，第三級(jí)閾值405為2 ;
[0100](3)折中調(diào)節(jié)模式中，即更新周期401為255、參考門(mén)限值402為84的工作模式，其第一級(jí)閾值403為20，第二級(jí)閾值404為10，第三級(jí)閾值405為5 ;
[0101](4)慢速穩(wěn)定工作模式中，即更新周期401為511、參考門(mén)限值402為169的工作模式，其第一級(jí)閾值403為44，第二級(jí)閾值404為20，第三級(jí)閾值405為10。
[0102]如圖4所示，門(mén)限估計(jì)模塊42包括計(jì)數(shù)器420和累加器421。計(jì)數(shù)器420在系統(tǒng)時(shí)鐘控制下進(jìn)行減一計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到零時(shí)輸出更新信號(hào)422，同時(shí)自動(dòng)重新載入更新周期401 ；累加器421在系統(tǒng)時(shí)鐘控制下對(duì)輸入數(shù)據(jù)304進(jìn)行累加，當(dāng)更新信號(hào)422有效時(shí)輸出門(mén)限估計(jì)值423，同時(shí)累加器清零重新載入數(shù)據(jù)開(kāi)始下一周期統(tǒng)計(jì)。輸入數(shù)據(jù)304是數(shù)字信號(hào)301的次高數(shù)據(jù)位，即次高數(shù)據(jù)位比特?cái)?shù)。
[0103]如圖5所示，增益步階更新模塊44包括增益級(jí)別判斷440和增益步階調(diào)整441，門(mén)限誤差值442通過(guò)增益級(jí)別判斷440產(chǎn)生增益級(jí)別信號(hào)，增益級(jí)別信號(hào)控制增益步階調(diào)整441產(chǎn)生相應(yīng)的增益步階443。具體地，本實(shí)例中增益級(jí)別判斷440和增益步階調(diào)整441由一個(gè)模塊內(nèi)硬件實(shí)現(xiàn)，為一個(gè)類似于帶優(yōu)先級(jí)的多路選擇器實(shí)現(xiàn)。
[0104]圖6顯示了增益步階443生成的過(guò)程，步驟601對(duì)門(mén)限誤差值442取絕對(duì)值運(yùn)算，得到門(mén)限誤差值的絕對(duì)值，然后轉(zhuǎn)向步驟602，如果該絕對(duì)值大于第一級(jí)閾值403，則說(shuō)明處于第一級(jí)增益調(diào)整階段，執(zhí)行步驟603對(duì)門(mén)限誤差值442進(jìn)行算術(shù)左移3位操作得到增益步階，退出增益步階調(diào)整；否則轉(zhuǎn)向步驟604判斷該絕對(duì)值是否大于第二級(jí)閾值404，如果成立，則說(shuō)明處于第二級(jí)增益調(diào)整階段，執(zhí)行步驟605，對(duì)門(mén)限誤差值442進(jìn)行算術(shù)左移I位操作得到增益步階，退出增益步階調(diào)整；否則轉(zhuǎn)向步驟606，判斷該絕對(duì)值是否大于第三級(jí)閾值405，如果成立，則說(shuō)明處于第三級(jí)增益調(diào)整階段，執(zhí)行步驟607，取該門(mén)限誤差值442得到增益步階，退出增益步階調(diào)整；否則轉(zhuǎn)向步驟608，增益步階取0，增益步階調(diào)整結(jié)束。
[0105]本實(shí)施例中右移4位在增益計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)編碼電路中實(shí)現(xiàn)。
[0106]圖7示出了增益計(jì)數(shù)器模塊的電路構(gòu)成，增益計(jì)數(shù)器模塊45包括增益步階累加器451和數(shù)據(jù)編碼器452。增益步階443在每個(gè)更新信號(hào)422有效時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)累加并將累加結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼得到更新后的增益信號(hào)。
[0107]增益步階累加器包括加法器453和緩存器454，緩存器454緩存上一更新周期401的累加結(jié)果，在更新信號(hào)422有效時(shí)與當(dāng)前增益步階443累加，更新緩存器數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)編碼器452。
[0108]數(shù)據(jù)編碼器452包括補(bǔ)碼轉(zhuǎn)原碼電路456，定點(diǎn)轉(zhuǎn)換電路457和選擇編碼電路458。補(bǔ)碼轉(zhuǎn)原碼電路456將當(dāng)前緩存中的數(shù)據(jù)由補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼表示，定點(diǎn)轉(zhuǎn)換電路457確定增益控制字455，更詳細(xì)地，定點(diǎn)轉(zhuǎn)換確定小數(shù)點(diǎn)的位置和可調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍。小數(shù)點(diǎn)個(gè)數(shù)由模式參數(shù)302決定。對(duì)于更新周期401配置分別為63、127、255和511來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)位置位于第10、11、12、13位之前。對(duì)于大多數(shù)可變?cè)鲆娣糯笃?1，調(diào)節(jié)精度0.039dB已經(jīng)能夠充分滿足精度需求，因此本實(shí)例中保留8位小數(shù)位，即小數(shù)點(diǎn)位置處于第Sbit和第9bit數(shù)據(jù)之間。整數(shù)部分則依據(jù)所需處理的模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行選取，
[0109]本實(shí)施例中選取三位整數(shù)部分和一位符號(hào)位，得到13bit增益控制字455。對(duì)于此13bit的增益控制字455，可調(diào)節(jié)的增益范圍為79.96?-79.96dB,調(diào)節(jié)精度為0.039dB。
[0110]選擇編碼電路458則根據(jù)所選的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器46和可變?cè)鲆娣糯笃?1類型對(duì)增益控制字455編碼得到最終的編碼增益控制字459。
[0111]數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器46將當(dāng)前的編碼增益控制字459轉(zhuǎn)換為增益控制信號(hào)303。
[0112]本實(shí)用新型提供的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置以及三級(jí)自動(dòng)增益控制方法，采用三級(jí)閾值，根據(jù)門(mén)限誤差分為三級(jí)處理，得到不同的下一更新周期的增益步階，從而實(shí)現(xiàn)增益的快速調(diào)節(jié)且穩(wěn)定調(diào)節(jié)；參考門(mén)限值設(shè)置為更新周期33%，由于接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，在僅有白噪聲干擾的情況下，當(dāng)高幅值數(shù)據(jù)的比率為總數(shù)據(jù)的33%左右時(shí)，能夠達(dá)到最佳信噪比損失，解調(diào)時(shí)能夠完整恢復(fù)有用信號(hào)，因而適用于低信噪比數(shù)據(jù)處理，尤其適用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的低信噪比數(shù)據(jù)處理；適用于2bit及以上所有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；在實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，增益步階值通過(guò)算術(shù)移位獲得，不會(huì)造成計(jì)算精度的損失。
[0113]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，包括: 可變?cè)鲆娣糯笃?，用于根?jù)增益控制信號(hào)調(diào)整輸入模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍； 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將調(diào)整后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵鲞B接； 反饋電路，用于產(chǎn)生可變?cè)鲆娣糯笃鞯乃鲈鲆婵刂菩盘?hào)； 其特征在于，所述反饋電路包括: 查找表模塊，用于根據(jù)模式參數(shù)，獲取更新周期、參考門(mén)限值以及增益步階更新的三級(jí)閾值，所述三級(jí)閾值包括從大到小依次排列的第一級(jí)閾值，第二級(jí)閾值和第三級(jí)閾值； 門(mén)限估計(jì)模塊，用于在每個(gè)所述更新周期內(nèi)統(tǒng)計(jì)門(mén)限估計(jì)值； 門(mén)限誤差模塊，用于比較所述門(mén)限估計(jì)值與所述參考門(mén)限值得到門(mén)限誤差； 增益步階更新模塊，用于將所述門(mén)限誤差與所述三級(jí)閾值比較，得到下一更新周期的增益步階，所述門(mén)限誤差越小，所述增益步階越?。? 增益計(jì)數(shù)器，用于對(duì)所述增益步階累計(jì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，以更新當(dāng)前增益控制字； 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用于將當(dāng)前增益控制字轉(zhuǎn)換為所述增益控制信號(hào)； 所述門(mén)限估計(jì)模塊、所述門(mén)限誤差模塊、所述增益步階更新模塊、所述增益計(jì)數(shù)器以及所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器依次連接，所述門(mén)限估計(jì)模塊的輸入為所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字信號(hào)的次高數(shù)據(jù)位，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯囊粋€(gè)輸入連接；所述查找表模塊分別與所述門(mén)限估計(jì)模塊、所述門(mén)限誤差模塊、所述增益步階更新模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述參考門(mén)限值與所述更新周期之間的數(shù)值關(guān)系為:參考門(mén)限值=更新周期X33%。
3.如權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述第一級(jí)閾值為距離所述參考門(mén)限值2dB的臨界值，所述第二級(jí)閾值為距離所述參考門(mén)限值IdB的臨界值，所述第三級(jí)閾值為距離所述參考門(mén)限值0.5dB的臨界值。
4.如權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述模式參數(shù)包括:更快調(diào)節(jié)模式、快速調(diào)節(jié)模式、折中調(diào)節(jié)模式以及慢速穩(wěn)定調(diào)節(jié)模式。
5.如權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述門(mén)限估計(jì)模塊包括計(jì)數(shù)器與累加器，所述計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生周期性更新信號(hào)；所述累加器的輸入端為所述門(mén)限估計(jì)模塊的輸入，以在每個(gè)更新周期內(nèi)統(tǒng)計(jì)所述門(mén)限估計(jì)值，且在所述計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的周期性更新信號(hào)有效時(shí)輸出所述門(mén)限估計(jì)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述門(mén)限誤差模塊為減法器，所述減法器的第一輸入端連接門(mén)限估計(jì)模塊的輸出端，第二輸入端連接所述查表模塊的參考門(mén)限值輸出端，以獲得所述門(mén)限誤差值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級(jí)自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于，所述增益步階更新模塊包括:增益級(jí)別判斷器與增益步階調(diào)整器，所述增益級(jí)別判斷器的第一輸入端連接所述門(mén)限誤差模塊的輸出端，所述增益級(jí)別判斷器的第二輸入端連接所述查找表模塊的三級(jí)閾值輸出端，用于比較所述門(mén)限誤差值與所述三級(jí)閾值，輸出增益級(jí)別；所述增益步階調(diào)整器的輸入端連接所述增益級(jí)別判斷器的輸出端，用于根據(jù)所述增益級(jí)別輸出增益步階；所述增益步階為增益步階系數(shù)與門(mén)限誤差值的乘積值。
【文檔編號(hào)】H03M1/18GK204031125SQ201420465539
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】胡偉迪, 何文濤, 李曉江 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院嘉興微電子與系統(tǒng)工程中心