專利名稱：用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即 正交頻分復用技術(shù))電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路。
背景技術(shù)：
在0FDM電力線載波通信系統(tǒng)中，由于發(fā)射端與接收端之間的距離以及發(fā)射端的 發(fā)射功率不同，在接收端接收到的信號幅度很不一致，這就需要接收端自動增益控制電路 的輸入電壓范圍盡可能大，以及需要接收端自動增益控制電路對接收到的信號進行衰減或 者放大，來達到要求的輸入信號幅度。在目前已有的自動增益控制電路中，基本都是輸入電 壓范圍不夠大，只有增益放大功能沒有增益衰減功能，很難找到既有大的輸入電壓范圍，又 帶有增益衰減功能的自動增益控制電路。如圖1所示的這種現(xiàn)有雙輸入雙輸出的自動增益 控制電路就具有這樣的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出一種用于電力線載波通信系 統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，既有大的輸入電壓范圍，又帶有增益衰減功能。為此，本發(fā)明的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路包括雙差 分輸入端、雙差分輸出端和增益級，所述增益級包括至少兩個增益放大器，每個增益放大器 均為增益可調(diào)的雙端差分輸入和雙端差分輸出放大器，其中第二級的差分輸入正端與第一 級差分輸出正端相連，第二級的差分輸入負端與第一級差分輸出負端相連；每個增益放大 器的差分輸入正端依次通過正端輸入偏置電阻和正端增益調(diào)節(jié)電阻與差分輸出正端相連， 每個增益放大器的差分輸入負端依次通過負端輸入偏置電阻和負端增益調(diào)節(jié)電阻與差分 輸出負端相連；每個增益放大器還包括共模反饋電路、放大器偏置電路，共模反饋電路檢測 差分輸出端的共模電平，同一個參考電壓比較，將誤差送回放大器偏置電路。優(yōu)選地，所述共模反饋電路包括正端反饋電阻、負端反饋電阻、比較器電路和可控 電流源，正端反饋電阻、負端反饋電阻檢測輸出的共模電平，將檢測的共模電平與參考電壓 比較，由比較結(jié)果誤差來控制可控電流源的電流，將輸出的共模電平穩(wěn)定在參考電壓。優(yōu)選地，所述可控電流源包括固定電流流經(jīng)的第三開關(guān)管和可變電流流經(jīng)的第四 開關(guān)管，第三開關(guān)管與固定偏置電壓相連，第四開關(guān)管與誤差信號相連；第三開關(guān)管和第四 開關(guān)管并聯(lián)。優(yōu)選地，所述放大器偏置電路包括第三固定電源源、第五開關(guān)管，第三固定電源源 一端接電源，一端接第五開關(guān)管正端，第五開關(guān)管負端接地，控制端為固定偏置電壓輸出 端；第五開關(guān)管與第三開關(guān)管形成電流鏡結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，每個增益放大器采用相同的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)。優(yōu)選地，每個增益放大器中，正端輸入偏置電阻和負端輸入偏置電阻阻值相等，正 端增益調(diào)節(jié)電阻和負端增益調(diào)節(jié)電阻同步。
由于采用了上述方案，雙差分輸入、雙差分輸出放大器，輸入正端和輸入負端各自 單獨線性調(diào)節(jié)其增益，實現(xiàn)增益可正可負，即可放大也可衰減；與此同時，正負端之間則通 過共模反饋電路對其偏置電路進行控制，使正負輸出端之間的共模電平恒定，從而確保不 會因為正負端各自單獨調(diào)節(jié)所造成的信號失衡。藉此，本發(fā)明實現(xiàn)了可衰減的自動增益控 制電路。通過多級疊加，本發(fā)明使輸入電壓范圍和增益可選范圍均得到擴大。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種自動增益控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a是本發(fā)明自動增益控制電路的應(yīng)用環(huán)境示意圖。圖2b是本發(fā)明實施例自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2c是本發(fā)明實施例自動增益控制電路中AMP (Amplifier，放大電路)模塊示意 圖。圖3是本發(fā)明實施例整體電路原理示意圖。圖4是圖3中的可控電流源10的實例示意圖。圖5是圖4中控制信號中的固定部分(固定偏置電壓)VBN來源示意圖。
具體實施例方式實施例一如圖2a_5所示，本實施例的自動增益控制電路采用共模電壓反饋原理以及采 用電阻之間的比值來控制電路的增益原理，既有大的輸入電壓范圍，又帶有增益衰減功 能，單端輸入電壓范圍從0. 15V 3. 15V，基本上達到電源電壓(3. 3V)和地(0V)，提 供-17. 6dB、-11. 8dB、-5. 9dB 增益衰減。如圖2a，F(xiàn)EINP、FEINN為自動增益控制電路AGC的輸入信號，F(xiàn)E0UTP、FE0UTN為自 動增益控制電路AGC的輸出信號，所以本AGC為雙輸入雙輸出的。電阻RP、RN，通過RP、RN 為輸入信號FEINP、FEINN提供電壓為VREF的直流電壓。本設(shè)計采用兩級增益級結(jié)構(gòu)，第一 級增益級的增益為-11. 7dB、-5. 9dB、0dB、+5. 9dB、+ll. 8dB、+17. 7dB、+23. 4dB、+28. 8dB，第 二級增益級的增益為-5. 9dB、0dB、+5. 9dB、+11. 8dB、+17. 7dB、+23. 4dB、+28. 8dB。通過兩 級增益級之間的不同增益選擇，得到最小-17. 6dB，最大+57. 6dB的增益倍數(shù)。如圖2b，所示為AGC的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、 R24為電阻，通過調(diào)節(jié)R13、R14、R23、R24的電阻阻值改變AGC的增益。兩個AMP為放大電 路模塊。本實施例為兩級放大模式(但本發(fā)明不限于兩級，可以采用多級)，兩個AMP模塊 均采用增益可調(diào)的雙端差分輸入(INP、INN)和雙端差分輸出OUTP、0UN放大器，其中第二 級的差分輸入正端與第一級差分輸出正端相連，第二級的差分輸入負端與第一級差分輸出 負端相連。每個增益放大器AMP的差分輸入正端INP依次通過正端輸入偏置電阻R11、R21 和正端增益調(diào)節(jié)電阻R13、R23與差分輸出正端OUTP相連，每個增益放大器AMP的差分輸入 負端INN依次通過負端輸入偏置電阻R12、R22和負端增益調(diào)節(jié)電阻R14、R24與差分輸出負 端0UTN相連。如圖2c所示，增益級的放大器電路采用共模電壓反饋結(jié)構(gòu)，共模反饋電路通過電阻檢測差分輸出端的共模電平，同一個參考電壓VREF比較，將誤差VERR送回放大器偏置電 路中的可控電流源10。M0S管M1、M2，為差分輸入級電路；II、12為恒定電流源，10為可控 電流源。圖3是將圖2a、2b、2c進行組合并細化后得到的一個實施例，其中固定偏置電壓 VBN的來源在圖5中有說明，其中共模電壓反饋結(jié)構(gòu)在電路的AMP模塊內(nèi)，由電阻R1、R2、比 較器電路、電流源10組成，電阻R1、R2檢測輸出的共模電平，將檢測的共模電平與參考電壓 VREF比較，由比較結(jié)果誤差VERR來控制電流源10的電流，將輸出的共模電平穩(wěn)定在VREF， 即將AMP模塊電路的輸出(即圖3中的ON和OP、FE0UTP和FE0UTN)的共模電平穩(wěn)定在 VREF。圖3中，由于兩個AMP模塊完全相同(但本發(fā)明并不限于兩個AMP模塊完全相同的 情形)，所以其中所用到的電路元件符號采用同樣的編號，并不影響說明與理解。如圖4所示，將誤差VERR送回放大器偏置電路，即電流源10部分，10由兩部分電 流組成，兩部分并聯(lián)一部分為固定的電流，另一部分為可變的電流圖4中流經(jīng)M3的為固 定電流部分(VBN為固定偏置電壓)，流經(jīng)M4的為可變電流部分(VERR為“檢測的共模電平 與參考電壓VREF比較”的比較結(jié)果)。圖5所示為固定偏置電壓VBN的一種來源實施例，但其不限于這一種實施方式。第 三固定電源源13 —端接電源，一端接第五開關(guān)管M5正端，第五開關(guān)管M5負端接地，控制端 為固定偏置電壓VBN輸出端；第五開關(guān)管M5與第三開關(guān)管形成電流鏡結(jié)構(gòu)。下面通過推導證明本電路可以實現(xiàn)增益衰減。第一級增益級XI節(jié)點， 第一級增益級Y1節(jié)點，
又0N-0P = -AV(X1-Y1)；假設(shè) Rll = R12, R13 = R14 ；得到 FEOUTN-Y2/R24+OP-Y2/R22=0

(1)同理，第二級增益級X2節(jié)點， 第二級增益級Y2節(jié)點， 又FEOUTP-FEOUTN = _AV(X2_Y2)；假設(shè) R21 = R22, R23 = R24 ； 得到柯 OU7P - FEOUTN =想二+乂 膽(ON - OP) 由(1)、⑵式，得到 得到此增益表達式后，即可以很清楚的說明本發(fā)明可以實現(xiàn)增益衰減。為方便計 算其見，假設(shè)Rll = R12，R13 = R14，R21 = R22，R23 = R24 ；(此假設(shè)并不影響一般性，即 使還這樣假設(shè)，也同樣可以得到負增益，即增益衰減)第一級增益級的增益 所以，Ga加(6 )= 201og||^，當黑=去，y 1，2，4，8，16，32時，電路仿真
得到的增益約為-11. 7dB、-5. 9dB、0dB、+5. 9dB、+11. 8dB、+17. 7dB、+23. 4dB、+28. 8dB同理，第二級增益級的增益 所以，G—dF) = 201og|^，當■ = 1,2,4,8,16，32時，電路仿真得到的增益 約為-5. 9dB、0dB、+5. 9dB、+11. 8dB、+17. 7dB、+23. 4dB、+28. 8dBAGC 的增益 所以，當:^
輸入信號衰減8倍輸出(約為-17.6dB)；當^^
號衰減4倍輸出(約為-11.8dB)；當^^= - ,— = 1 時，F(xiàn)EOUTP - FEOUTN = -{FEINP - FEINN)，將差分輸入信 Rl 1 2 R212
號衰減2倍輸出(約為-5. 9dB)。上面推導過程中公式中Av表示AMP模塊電路的開環(huán)增益。對于第一級增益級) 在此電路中，設(shè)計R13/R11=(1/4,1/2，1，2，4，8，16，32)，并且設(shè)計Av≥1000，因 此R11+R13/Av遠遠小于R11，R11+R13/Av+R11 ≈＝R11，所以，上式近似為 -R\3 同理，對于第二級增益級
設(shè)計R23/R21=(1/2，1，2，4，8，16，32)，并且設(shè)計 Av≥ 1000，因此R21+R23/Av遠 遠小于R21+R23/Av+R21 ≈R21，所以，上式近似為
由于在第一級增益級和第二級增益級，我們采用了同一個AMP模塊電路，所以，在
兩級增益級公式中用了同一個Av表示AMP模塊電路的開環(huán)增益，AV所在的表達式R11+R13/Av和R21+R23/Av在公式推導過程中被近似忽略了。在兩級增益級中，我們也可以采用不同的Av 的AMP模塊電路，結(jié)果是一樣的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
一種用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，包括雙差分輸入端(INP、INN)、雙差分輸出端(OUTP、OUTN)和增益級，其特征在于所述增益級包括至少兩個增益放大器(AMP)，每個增益放大器(AMP)均為增益可調(diào)的雙端差分輸入和雙端差分輸出放大器，其中第二級的差分輸入正端與第一級差分輸出正端相連，第二級的差分輸入負端與第一級差分輸出負端相連；每個增益放大器(AMP)的差分輸入正端(INP)依次通過正端輸入偏置電阻(R11、R21)和正端增益調(diào)節(jié)電阻(R13、R23)與差分輸出正端(OUTP)相連，每個增益放大器(AMP)的差分輸入負端(INN)依次通過負端輸入偏置電阻(R12、R22)和負端增益調(diào)節(jié)電阻(R14、R24)與差分輸出負端(OUTN)相連；每個增益放大器(AMP)還包括共模反饋電路、放大器偏置電路，共模反饋電路檢測差分輸出端(OUTN、OUTP)的共模電平，同一個參考電壓(VREF)比較，將誤差(VERR)送回放大器偏置電路。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，其特征 是所述共模反饋電路包括正端反饋電阻(R1)、負端反饋電阻(R2)、比較器電路和可控電 流源(10)，正端反饋電阻(R1)、負端反饋電阻(R2)檢測輸出的共模電平，將檢測的共模電 平與參考電壓(VREF)比較，由比較結(jié)果誤差(VERR)來控制可控電流源(10)的電流，將輸 出的共模電平穩(wěn)定在參考電壓(VREF)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，其 特征是所述可控電流源(10)包括固定電流流經(jīng)的第三開關(guān)管(M3)和可變電流流經(jīng)的第 四開關(guān)管(M4)，第三開關(guān)管(M3)與固定偏置電壓(VBN)相連，第四開關(guān)管(M4)與誤差信號 (VERR)相連；第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，其特 征是所述放大器偏置電路包括第三固定電源源(13)、第五開關(guān)管(M5)，第三固定電源源 (13) 一端接電源，一端接第五開關(guān)管(M5)正端，第五開關(guān)管(M5)負端接地，控制端為固定 偏置電壓(VBN)輸出端；第五開關(guān)管(M5)與第三開關(guān)管形成電流鏡結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，其 特征是每個增益放大器(AMP)采用相同的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路， 其特征是每個增益放大器(AMP)中，正端輸入偏置電阻(Rll、R21)和負端輸入偏置電阻 (R12、R22)阻值相等，正端增益調(diào)節(jié)電阻(R13、R23)和負端增益調(diào)節(jié)電阻(R14、R24)同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電力線載波通信系統(tǒng)接收端的自動增益控制電路，增益級包括至少兩個增益放大器，每個增益放大器均為增益可調(diào)的雙端差分輸入和雙端差分輸出放大器，其中第二級的差分輸入正負端分別與第一級差分輸出正負端相連；每個增益放大器的差分輸入正端依次通過正負端輸入偏置電阻和正端增益調(diào)節(jié)電阻與差分輸出正負端相連；每個增益放大器還包括共模反饋電路、放大器偏置電路，共模反饋電路檢測差分輸出端的共模電平，同一個參考電壓比較，將誤差送回放大器偏置電路。本發(fā)明實現(xiàn)了可衰減的自動增益控制，并且輸入電壓范圍大。
文檔編號H04B3/54GK101847973SQ20101018355
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者劉元成, 劉鯤, 張飛 申請人:深圳市力合微電子有限公司