第二章自动增益控制系统简介 本为目标频道的功率，可能还有很小一部分相邻频道的功率。 1st 2nd AGC AGC 3r0 loop loop AGO RF part IF part Preamplifier AA LPF G PGA1 PGA2 ntenna SAW Variable gain Down-mixer DCOC1 followe 7 LNA Up-mixer 图☒☒2区@ ②a PLL1 Ecoc☑Dooc☒ 图2-2三个自动增益控制环路 采用三个相互独立的自动增益控制环路，并且每个环路采用不同带宽的能量 检测电路，可以根据每一级放大器实际输入的功率而不仅仅是目标频带内的功率 设定放大器的增益，从而避免带外干扰对放大器的堵塞。在所有的三个自动增益 控制中，因为前两个接收的信号带宽大于目标信号的带宽，所以有可能有很大的 相邻频带干扰输入。因此前两个自动增益控制系统对带外线性度会有额外的要 求。设定的三个自动增益控制环路的参数如表23所示。 AGC part 输入信号频率 处理带宽 带外干扰强度 期望输出功率 RF AGC 50~860MHz 810MHz +45dBc -30dBm IF AGC 1 0-50MHz 50MHz +45dBc -10dBm IF AGC 2 0~8MHz 8MHz +0dBc +5dBm 表2-3三个自动增益控制环路的参数 三个独立的自动增益控制是串连连接的。接收机工作时，按照从前向后的顺 序逐次设定三个自动增益环路，即第一步设定可变增益低噪声放大器的增益，第 二步设定预放大器的增益，第三步设定可编程增益放大器的增益。只有当前一级 自动增益控制电路的增益设定完成，前一级电路的输出功率最接近目标值时，才 开始下一级自动增益控制电路的增益设定。 2.2.2.可变增益的分配 电视调谐器中每一级电路的最大输入功率、最小输入功率和输入功率范围如 图2-3所示。为了能够接受从-90dBm到-20dBm范围内的信号，接收机中的 低噪声放大器，中频预放大器和中频可编程增益放大器和跟随器都采用了可变增 益的设计。其中低噪声放大器主要用于抑制上变频混频器和下变频混频器的噪 声，预放大器主要用于抑制低通滤波器的噪声，可编程增益放大器和跟随器主要 13
第二章 自动增益控制系统简介 13 本为目标频道的功率，可能还有很小一部分相邻频道的功率。 图 2-2 三个自动增益控制环路 采用三个相互独立的自动增益控制环路，并且每个环路采用不同带宽的能量 检测电路，可以根据每一级放大器实际输入的功率而不仅仅是目标频带内的功率 设定放大器的增益，从而避免带外干扰对放大器的堵塞。在所有的三个自动增益 控制中，因为前两个接收的信号带宽大于目标信号的带宽，所以有可能有很大的 相邻频带干扰输入。因此前两个自动增益控制系统对带外线性度会有额外的要 求。设定的三个自动增益控制环路的参数如表 2-3 所示。 AGC part 输入信号频率 处理带宽 带外干扰强度 期望输出功率 RF AGC 50~860MHz 810MHz +45dBc −30dBm IF AGC 1 0~50MHz 50MHz +45dBc −10dBm IF AGC 2 0~8MHz 8MHz +0dBc +5dBm 表 2-3 三个自动增益控制环路的参数 三个独立的自动增益控制是串连连接的。接收机工作时，按照从前向后的顺 序逐次设定三个自动增益环路，即第一步设定可变增益低噪声放大器的增益，第 二步设定预放大器的增益，第三步设定可编程增益放大器的增益。只有当前一级 自动增益控制电路的增益设定完成，前一级电路的输出功率最接近目标值时，才 开始下一级自动增益控制电路的增益设定。 2.2.2. 可变增益的分配 电视调谐器中每一级电路的最大输入功率、最小输入功率和输入功率范围如 图 2-3 所示。为了能够接受从−90dBm 到−20dBm 范围内的信号，接收机中的 低噪声放大器，中频预放大器和中频可编程增益放大器和跟随器都采用了可变增 益的设计。其中低噪声放大器主要用于抑制上变频混频器和下变频混频器的噪 声，预放大器主要用于抑制低通滤波器的噪声，可编程增益放大器和跟随器主要
第二章自动增益控制系统简介 用于将信号的大小放大至ADC的最优输入功率处。 RF part IF part 「Pr-amperow VG PGA1 一PGA2 Attena SAW Vaiable gain LNA Up-mixe Down-mixer DCOC1 Dcoc2Dcoc ADC AGC2 PLL1 power [dBm] 10 20 Ma.slgn 30 50 Out-of-band 60 blocker 70 80 90 Min.signal .100 NAgain Up-mixer Low Down-mixer Pre-amplifier VG pass filter follower PGA1 PGA2 ADC 图2-3DVB-T电视调谐器结构和各模块动态范围 图2-3中，棕色色块的高度表示每个模块所需的动态范围。由图可见，在 自动增益控制正常工作的情况下，可变增益模块使用大的增益放大较小的信号， 使用小的增益放大较大的信号，其输出的信号功率范围将会小于其输入的信号功 率范围。在每个可变增益的模块之后的模块的输入信号的范围都减小了，即可变 增益的模块可以降低后级电路对于动态范围的要求。 实际设计中将尽可能多的可变增益放置在滤波器之后。一方面，设计射频的 可变增益放大器的难度要高于设计中频可变增益放大器的难度，因此使用中频放 大器而不是射频放大器实现可变增益有功耗和增益准确性的优势。另一方面，在 滤波器之后，由于带外干扰的功率下降了很多，电路的带外线性度性能要求会大 幅降低。因此如果尽可能将较多的增益放置在滤波器之后，可以简化这些可变增 益放大器对带外线性度的要求。实际设计中，实际设计中将可变增益分配在三个 不同带宽的部分：一，低噪声放大器：二，中频预放大器：三，中频可编程增益 放大器和跟随器。三个可变增益以及其他固定增益模块的输入信号范围和输出信 号范围如表2-4所示。 14
第二章 自动增益控制系统简介 14 用于将信号的大小放大至 ADC 的最优输入功率处。 ADC Attena Variable gain LNA PLL1 Up-mixer Down-mixer Pre-amplifier Low pass filter PGA1 RF part IF part PGA2 ADC DCOC1 IF AGC1 IF AGC2 RF AGC I Q SAW filter DCOC2 DCOC3 DCOC1 DCOC2 DCOC3 0 Input power [dBm] -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 Variable gain LNA Up-mixer Down-mixer Pre-amplifier Low pass filter PGA1 PGA2 Max. signal Min. signal ADC VG follower VG follower Out-of-band blocker 图 2-3 DVB-T 电视调谐器结构和各模块动态范围 图 2-3 中，棕色色块的高度表示每个模块所需的动态范围。由图可见，在 自动增益控制正常工作的情况下，可变增益模块使用大的增益放大较小的信号， 使用小的增益放大较大的信号，其输出的信号功率范围将会小于其输入的信号功 率范围。在每个可变增益的模块之后的模块的输入信号的范围都减小了，即可变 增益的模块可以降低后级电路对于动态范围的要求。 实际设计中将尽可能多的可变增益放置在滤波器之后。一方面，设计射频的 可变增益放大器的难度要高于设计中频可变增益放大器的难度，因此使用中频放 大器而不是射频放大器实现可变增益有功耗和增益准确性的优势。另一方面，在 滤波器之后，由于带外干扰的功率下降了很多，电路的带外线性度性能要求会大 幅降低。因此如果尽可能将较多的增益放置在滤波器之后，可以简化这些可变增 益放大器对带外线性度的要求。实际设计中，实际设计中将可变增益分配在三个 不同带宽的部分：一，低噪声放大器；二，中频预放大器；三，中频可编程增益 放大器和跟随器。三个可变增益以及其他固定增益模块的输入信号范围和输出信 号范围如表 2-4 所示
第二章自动增益控制系统简介 低噪声 上下变频 低通 中频可编程 预放大器 放大器 混频器 滤波器 增益放大器 输入功率 -90-20 -70~-30 -55.15 -31~.10 -55~.10 范围(dBm) 增益范围 -10~+20 15 1.5~24 0 6~54 (dB) 输出功率 -70~-30 -55~-15 -31~.10 -55~.10 +5~+10 范围(dBm) 带宽(MHz) 50~860 50-860 20 10 20 带外干扰 +45dBc +45dBc +45dBc +45dBc +0dBc 表2-4 DVB-T电视调谐器中各模块处理的信号功率范围 2.2.3.中频部分的结构 数字电视调谐器中频部分位于下变频混频器和基带ADC之间，其电路示意 图如图3-1所示。中频部分的可变增益部分分为滤波器之前的预放大器部分 (Pre-Amp)和滤波器之后的后置放大器(Post-Amp)部分。预放大器部分主要用于 抑制滤波器的噪声，其输入可能有较大的带外干扰，对带外线性度的性能有较高 的要求。后置放大器用于提供大的可变增益，并且其增益应当能够被解调器的增 益控制信号控制，需要大的可变增益范围和小的增益步长。 Pre-Amp Post-Amp I Pre-amplifier AA-LPF VG PGA1 PGA2 I follower HDCOC1K DCOC2 DCOC3 From To Down-mixer BB-ADC IF IF AGC1 AGC2 1.5dBstep 。 0.19dB step 1.5dB step 1.5dBstep 1.5-24dB -1.31-0dB 0-24dB 6-30dB 图2-4调谐器中频部分的结构 为了达到大的增益控制范围，后置放大器部分中包括了两级可编程增益放大 器(PGA1 and PGA2)。为了达到精确的可变增益范围，后置放大器部分包括了 一级可变增益步长很小的可变增益跟随器VG follower)。通过逐次比较(SAR) ADC将外加的电压控制信号由八位模数转换器转换为八位数字控制位，控制精 15
第二章 自动增益控制系统简介 15 低噪声 放大器 上下变频 混频器 预放大器 低通 滤波器 中频可编程 增益放大器 输入功率 范围(dBm) −90~−20 −70~−30 -55~-15 -31~-10 -55~-10 增益范围 (dB) −10~+20 15 1.5~24 0 6~54 输出功率 范围(dBm) −70~−30 −55~−15 -31~-10 -55~-10 +5~+10 带宽(MHz) 50~860 50~860 20 10 20 带外干扰 +45dBc +45dBc +45dBc +45dBc +0dBc 表 2-4 DVB-T 电视调谐器中各模块处理的信号功率范围 2.2.3. 中频部分的结构 数字电视调谐器中频部分位于下变频混频器和基带 ADC 之间，其电路示意 图如图 3-1 所示。中频部分的可变增益部分分为滤波器之前的预放大器部分 (Pre-Amp)和滤波器之后的后置放大器(Post-Amp)部分。预放大器部分主要用于 抑制滤波器的噪声，其输入可能有较大的带外干扰，对带外线性度的性能有较高 的要求。后置放大器用于提供大的可变增益，并且其增益应当能够被解调器的增 益控制信号控制，需要大的可变增益范围和小的增益步长。 Pre-amplifier AA-LPF PGA1 PGA2 IF AGC1 IF AGC2 DCOC1 DCOC2 DCOC3 VG follower From Down-mixer To BB-ADC Pre-Amp Post-Amp 1.5dB step 0.19dB step 1.5dB step 1.5dB step 1.5~24dB -1.31~0dB 0~24dB 6~30dB 图 2-4 调谐器中频部分的结构 为了达到大的增益控制范围，后置放大器部分中包括了两级可编程增益放大 器(PGA1 and PGA2)。为了达到精确的可变增益范围，后置放大器部分包括了 一级可变增益步长很小的可变增益跟随器(VG follower)。通过逐次比较(SAR) ADC 将外加的电压控制信号由八位模数转换器转换为八位数字控制位，控制精
第二章自动增益控制系统简介 确增益步长的可编程增益放大器和跟随器，就可以有效的模拟连续可变增益放大 器，如图1-5所示。 Post-Amp I-vG I follower PGA1 PGA2 I by by by 10.19dB 24dB 1.5dB DCOc2 From To LPF BB-ADC SAR Control ADC code Control voltage 图2-5采用可编程放大器和ADC代替连续可变增益放大器 2.2.4.接管点的设定 2.2.4.1.接管点的概念 当自动增益控制的工作时，对于足够小的信号，用最大增益放大；当信号的 大小超过一定值时，相应的减小增益，使得输出的信号功率保持恒定，不再随输 入信号的功率上升。因此，增益控制时的一个重要问题就是，在输入信号为多大 时开始减小增益。这里将增益开始减小的输入信号大小称为接管点(Take Over Point,TOP),如图2-6所示。 考虑到目标输出功率和接管点以及放大器的最大增益有如下的关系 Poutmax =TOP+Gainmax (2.1) 在自动增益控制系统中只要改变设定的目标输出功率便可以方便的改变接 管点的大小。 16
第二章 自动增益控制系统简介 16 确增益步长的可编程增益放大器和跟随器，就可以有效的模拟连续可变增益放大 器，如图 1-5 所示。 图 2-5 采用可编程放大器和 ADC 代替连续可变增益放大器 2.2.4. 接管点的设定 2.2.4.1. 接管点的概念 当自动增益控制的工作时，对于足够小的信号，用最大增益放大；当信号的 大小超过一定值时，相应的减小增益，使得输出的信号功率保持恒定，不再随输 入信号的功率上升。因此，增益控制时的一个重要问题就是，在输入信号为多大 时开始减小增益。这里将增益开始减小的输入信号大小称为接管点(Take Over Point , TOP)，如图 2-6 所示。 考虑到目标输出功率和接管点以及放大器的最大增益有如下的关系 P TOP Gain out,max max = + (2.1) 在自动增益控制系统中只要改变设定的目标输出功率便可以方便的改变接 管点的大小
第二章自动增益控制系统简介 Output◆ Gain power Max. Gain Max output power Input power TOP 图2-6接管点的定义 2.2.4.2.接管点对输出信噪比的影响 接管点的设定值会对接收机的性能产生影响。考虑到自动增益控制系统只能 减小其后面的电路所需的动态范围，假设有一个理想自动增益控制系统和后级放 大器级联的系统，分析接管点对最终输出信噪比的影响。 当自动增益控制工作时，后级放大器输出的信号功率，非线性失真功率和噪 声功率的信噪比的示意图如图2-7()所示。当输入功率低于接管点时，随着自 动增益控制输入功率的增大，后级放大器的输入功率增大，其输出噪声不变，输 出谐波随输入功率的三次方增长；当输入功率高于接管点时，随着自动增益控制 输入功率的增大，后级放大器的输入功率不变，其输出噪声不变，输出谐波不变。 图中用实线、点线标出的三条线分别对应于三个不同的接管点时的情况。图 2-7(b)标出了三种情况下输出的信号噪声失真比(SNDR)。 由图2-7(b)的三条曲线可知，如实线所示，如果接管点能够正好取到使得 输出谐波和输出噪声相同的点，那么输入信号较大的情况下输出的信噪比是最优 的。反之，如果接管点点偏小，输入信号较大时输出噪声决定输出的信噪比：如 果接管点点偏大，输入信号较大时输出谐波决定输出的信噪比；两种情况都偏离 了接收机处理信号的最佳增益，会导致输出信噪比的下降
第二章 自动增益控制系统简介 17 图 2-6 接管点的定义 2.2.4.2. 接管点对输出信噪比的影响 接管点的设定值会对接收机的性能产生影响。考虑到自动增益控制系统只能 减小其后面的电路所需的动态范围，假设有一个理想自动增益控制系统和后级放 大器级联的系统，分析接管点对最终输出信噪比的影响。 当自动增益控制工作时，后级放大器输出的信号功率，非线性失真功率和噪 声功率的信噪比的示意图如图 2-7(a)所示。当输入功率低于接管点时，随着自 动增益控制输入功率的增大，后级放大器的输入功率增大，其输出噪声不变，输 出谐波随输入功率的三次方增长；当输入功率高于接管点时，随着自动增益控制 输入功率的增大，后级放大器的输入功率不变，其输出噪声不变，输出谐波不变。 图中用实线、点线标出的三条线分别对应于三个不同的接管点时的情况。图 2-7(b)标出了三种情况下输出的信号噪声失真比(SNDR)。 由图 2-7(b)的三条曲线可知，如实线所示，如果接管点能够正好取到使得 输出谐波和输出噪声相同的点，那么输入信号较大的情况下输出的信噪比是最优 的。反之，如果接管点点偏小，输入信号较大时输出噪声决定输出的信噪比；如 果接管点点偏大，输入信号较大时输出谐波决定输出的信噪比；两种情况都偏离 了接收机处理信号的最佳增益，会导致输出信噪比的下降