自动增益控制电路的分析与比较

自动增益控制电路的分析与比较

自动增益检测（agc）电路是一种自动控制装置，通过改变输入信号的振幅，保持输出信号的振幅恒定或仅在较小的区域内变化的动态控制电路。它广泛应用于光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统、雷达和广播系统。在这项工作中，我们给出了两个基本的agc电路实现方法：线性和噪声的比较，以及agc检测器和乘用器之间的性能比较。接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益.由于各种原因,接收机的输入信号变化范围往往很大,信号弱时可以是一微伏或几十微伏,信号强时可达几百毫伏.最强信号和最弱信号相差可达几十分贝.这个变化范围称为接收机的动态范围.影响接收机输入信号的因素很多.例如,发射台功率的大小,接收机离发射台距离的远近,信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动,天气的变化),接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机),以及人为产生的噪声对接收机的影响等.为了克服外界各种因素对接收机输入信号的影响,需要使用自动增益控制技术.自动增益控制(AGC)电路是通信设备,特别是通信接收设备的重要电路之一,其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值,因此,也可称为自动电平控制(ALC)电路.它能够保证在接收弱信号时,接收机的增益高,而接收强信号时则增益低.总之,AGC电路的作用就是使输出信号保持适当的电平,不至于因为输入信号太小而无法正常工作,也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞.1发射极驱动电路一个可变增益放大器的线性度和噪声性能的好坏常常被放大器的驱动设计所限制.两种常见的方法是基极驱动(base-driven)和射极驱动(emitter-driven)设计.在base-driven设计中,信号被加到差分对Q1和Q2的基极,增益控制电压Vc改变流经差分对的尾电流IEE的大小.从而使IC随之变化.交换一下基极驱动电路的输入信号和增益控制位置,即得到发射极驱动电路如图2.增益控制电压Vc加在差分对Q1和Q2的基极,这样由于差分对两端的不平衡性,会导致流经Q1和Q2的电流不同,从而使IC随之变化.1.1射极驱动电路与基极电路设计对于BaseDriven电路,信号加到基极上,基极电阻rb相对于其他电阻都要大,所以由基极电阻rb引起的非线性失真大,而有发射极负反馈的基极驱动电路(图1(b))发射极电阻RE使电路的线性化增强了,但是以提高噪声为代价的.结论:射极驱动电路的线性化性能优于基极驱动电路.1.2发射极驱动电路与射极驱动电路噪声对比基极驱动电路的输出电流是一个非线性的函数(tanh).晶体管差分放大器中,基极驱动电路(base-driven)中的输出电流i和差模输入电压之间Vid之间符合双曲正切函数关系i=i1−i2=Iothq2kTVidi=i1-i2=Ιothq2kΤVid.因此输出与输入之间是有失真的.而另一方面,射极驱动电路输出电流与输入电流之间是线性相关的.因此,如果取一级近似,射极驱动电路的差分对是不产生失真的.以三阶互调失真为例,有发射极负反馈的基极驱动电路(图1(b))和发射极驱动电路的失真分别为:IM3=(V0IEERL)2(11+IEERE2VT)IM3=(V0IEERL)2[(1−2IEEREEVT)8(1+IEEREEVT)2]ΙΜ3=(V0ΙEERL)2(11+ΙEERE2VΤ)ΙΜ3=(V0ΙEERL)2[(1-2ΙEEREEVΤ)8(1+ΙEEREEVΤ)2]因此得出结论:射极驱动电路的线性化性能优于基极驱动电路.对比于两个电路的噪声,基极驱动电路要优于发射极驱动电路.两个电路的主要噪声源都是Q1和Q2的基极电阻和集电极电流.原来用于基极驱动电路中的线性化的发射极电阻却提高了电路的尖峰噪声.结论:基极驱动电路的噪声性能要优于发射极驱动电路,带发射极负反馈的基极驱动电路(图1(b))的噪声性能不如不带反馈的(图1(a)).2agc放大器和乘法器2.1agc增益的计算使用射极驱动对实现AGC放大器和乘法器.它们是由两个射极驱动电路对称放置实现的.在AGC放大器中,控制电压VC引起Q4和Q5中的电流同时升高或降低,当VC为正向控制电压最大值,并引起所有的尾电流IEE流经这些晶体管时,放大器的增益最大.当控制电压VC为最大的负值时.放大器的增益最小.在AGC放大器和乘法器之间有微小差别.乘法器的输出是交叉偶合,最大衰减发生在控制电压VC=0时,此时电流流经quad对(Q3-Q6)是相等的.最小衰减发生在控制电压为最大正电压和最大负电压时.实际上,AGC放大器被发现有最低的失真.低衰减即高增益的性能被由基极电阻引入的非线性所限制.AGC的增益由下式给出:AV|ogc=RLRE(11+exp(−VCVT))AV|ogc=RLRE(11+exp(-VCVΤ))2.2agc放大器和乘法器之间的噪声在高衰减时,乘法器理论上有最好的性能,这是因为所有晶体管的电流几乎相等,并且由于相等的电压降使得基极电阻的影响被降低.然而,实际的乘法器电路的实现不可能是完全对称的,它的不对称会导致在同一点不可能同时滤去基波和谐波,从而引起失真.因此,在高衰减时乘法器的失真程度会增加,此时性能不如AGC放大器电路.AGC放大器和乘法器中的整个输出噪声功率是射极驱动对的两倍,噪声最大值出现在AGC电路半增益处(6db衰减).提高和降低衰减,噪声都会降低.乘法器同AGC放大器最大的噪声一样,但它在衰减提高时,噪声不下降,所以在很大的一个衰减范围内,乘法器都有一个很差的信噪比,这是乘法器的不利因素.乘法器的增益值为:AV|mult=RLRE(1−exp(−VCVT)1+exp(−VCCT))AV|mult=RLRE(1-exp(-VCVΤ)1+exp(-VCCΤ))3线性和噪声的比较自动增益控制电路是无线通信领域中用于接收机中的重要电路,本文对基本的AGC技术进行了分析,详细讨论了BaseDriven/EmitterControlled和EmitterDriven/