基于数字补偿的实时自动增益控制技术研究

阐述了基于前馈技术的实时自动增益控制的原理及同步和数字补偿等关键技术的实现；介绍了在通信分析仪中的具体应用。采用的实时自动增益控制电路利用信号通路的延迟特性，精确控制模数转换器同步，实时调整信号增益，在数字域补偿误差，扩展系统动态范围。该技术成功应用于通信分析仪，并在雷达、电子对抗和接收机中得到推广。
关 键 词 模数转换器; 动态范围; 数字补偿; 实时自动增益控制

Research on Real-Time Automatic Gain Control Based on Digital Compensation
HAN Yao，QIN Kai-yu，PENG Qi-zong
(School of Automation Engineering, Univ. of Electron. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054)
Abstract This paper introduces the principle of real-time automatic gain control based on feed forwarding technology, and the realization of the critical technologies including digital compensation and synchronization, as well as, the specific application of communication analyzing instrument. The real-time automatic gain control makes full use of the delay feature of signal channel, and controls the synchronization of ADC precisely, and adjusts the signal gain in real-time, and compensates the error in digital domain, at last, this kind of technology expands the dynamic range of system ADC. This technology has been applied to the communication analyzing instrument; meanwhile, it can be extended to the field of radar, anti-electronic and receiver.
Key words analog digital converter; dynamic range; digital compensate; real-time automatic gain control

模数转换器(Analog Digital Converter，ADC)在数字接收机中得到广泛应用，通信中不断采用的新技术，对接收机的ADC在采样速度和动态范围提出了更高的要求。在实际使用中，由于量化噪声、孔径抖动、差分非线性失真、热噪声等误差源的影响，引起ADC输入动态范围及有效输出位数的下降，从而限制了中频信号输入动态范围，无法同时满足速度和动态范围的需求[1-2]。为了提高系统动态范围，接收机中普遍采用自动增益控制电路(Automatic Gain Control，AGC)。传统接收机采用非实时AGC电路，由于它采取反馈形式，因而不是完全实时的。
本文提出一种实时AGC技术，它充分利用信号通路延迟，实时调整信号增益，满足ADC优化采样的要求，减少量化误差的影响，同时保证信号分析的实时性，很好地解决了非实时AGC的缺陷，因而实时性是其区别于以往AGC电路最大的优点。
1 实时AGC原理
实时AGC原理如图1所示。单级前置滤波器的输出送到检波器和抗混叠滤波器，滤除带外信号，避免采样后产生频谱混叠。抗混叠滤波器有很多级，具有群延迟特性。对于一个输入射频信号，经下变频到中频后，在通过抗混叠滤波器时，会产生超过一定ADC转换时钟周期的延迟。
信号延迟使AGC在ADC对输入信号采样之前有充足的时间辨识即将进来的信号。检波器获取信号的幅度信息后，送入量化器中转化为档位信号，规则处理器则根据档位信号进行相应的增益调节，从而完成AGC的增益处理过程。当中频输入信号为大信号时，根据它的基本逻辑规则降低程控放大/衰减器的增益，防止削顶失真。如果信号包络长时间里保持较小，自动量程电路提高增益来减小量化噪声。ADC后的数字增益相应变化以补偿前面的模拟增益，从而恢复出中频输入信号[3]。
该AGC技术采取前馈形式，在信号到达ADC前完成信号调理，保证了ADC的输入在其动态范围内。后级数字补偿完成对模拟调理的恢复。整个电路可以视为完成指定动态范围的ADC处理模块，它降低了中频接收机对高速ADC大动态范围的要求。