一款電路簡單性能優良的AGC電路

短波數字通信系統中接收機的AGC電路采用AD603可變增益放大器結合簡單的AGC控制電路來實現，具有較高的增益，動態范圍達70dB，頻帶寬度為90MHz，且電路結構相當簡單。

短波接收機在接收信號時，由于電離層的變化、衰落和接收信號條件等不同，其輸入端信號電平在很大范圍內變化。而接收機的輸出功率是隨外來信號的大小而變化的，接收機的輸出端會出現強弱非常懸殊的信號功率。為此，短波接收機中非常強調自動增益控制(AGC)電路。AGC電路是一種在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內變化的自動控制電路。AGC的基本原理是產生一個隨輸入電平而變化的直流AGC電壓，利用AGC電壓去控制某些放大部件(如中放)的增益，使接收機總增益按照一定規律而變化。AGC電路主要由控制電路和被控電路兩部分組成。控制電路就是AGC直流電壓的產生部分，被控電路的功能是按照控制電路所產生的變化著的控制電壓來改變接收機的增益。

目前，在短波接收機中放大器增益的控制方法主要有兩種。一種是改變放大器本身的參數，使增益發生變化，典型的是采用雙柵場效應管，通過改變其中某一柵的直流偏置電壓使增益發生變化；另一種是在放大器級間插入可變衰減器，控制衰減量，使增益發生變化，典型的是各種集成的可變增益放大器，本文討論的AGC電路就是采用ADI公司的AD603可變增益放大器結合簡單的AGC控制電路來實現的。要求增益大于50dB，AGC動態范圍大于65dB，輸出信號電平基本穩定在-10dBm。

AD603工作原理

表1：AD603引腳功能

AD603是低噪、90MHz帶寬增益可調的集成運放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關系。管腳間的連接方式決定了可編程的增益范圍，增益在-11～+30dB時的帶寬為90MHz，增益在+9～+41dB時具有9MHz帶寬，改變管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內。該集成電路可應用于射頻自動增益放大器、視頻增益控制、A/D轉換量程擴展和信號測量系統，簡化原理框圖如圖1所示。

圖1：AD603的原理框圖

AD603由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網絡輸入端(VINP)的信號經衰減后，由固定增益放大器輸出，衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調整與其自身電壓值無關，而僅與其差值VG有關，由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達50MΩ，因而輸入電流很小，致使片內控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特點很適合構成程控增益放大器。圖1中的“滑動臂”從左到右是可以連接移動的。當VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時，其放大器的增益范圍也不一樣。

當腳5和腳7短接時，AD603的增益為40Vg+10，這時的增益范圍在??? -10～30dB，本文的設計就是這樣應用的。當腳5和腳7斷開時，其增益為40Vg+30，這時的增益范圍為10～50dB。如果在5腳和7腳接上電阻，其增益范圍將處于上述兩者之間。

AGC電路工作原理及增益的分配和計算

● AGC電路工作原理

選用AD603作為主放大器，兩片AD603采用順序級聯形式，充分發揮每一片AD603的增益控制功能。AGC檢波由9018完成，9018同時送出AGC控制電壓。完整的放大器及AGC電路如圖2所示。

經兩級AD603放大的信號，一路由J2送入下一級信號通道，另一路則由C10輸入到9018用于AGC檢波。9018的發射極PN結完成AGC檢波，并由集電極經電容CAGC濾波后送出AGC控制電壓VAGC。

輸入信號增大時，9018的基極瞬時電流也增大，相應的集電極電流也跟著增大，從而R7兩端的瞬時壓降也增大，則集電極瞬時電壓減小，經濾波后得到的VAGC也相應減小；同樣，輸入信號減小時，VAGC則會增大，即VAGC與輸入信號的強度成反比，符合AGC電壓反向控制要求。

AD603的2腳對地壓降固定，1腳對地壓降即為VAGC，從而1、2腳的電壓差V12受VAGC的控制。AD603的增益可表示為：G=40·V12+10。由此可見，隨著VAGC的增加，V12也增加，則AD603的增益變大；相反，若VAGC減小，V12也減小，則AD603的增益變小，從而使兩級AD603的輸出恒定在某個信號強度上。AGC時間常數的調整可以通過改變CAGC的容值來實現。

● AGC增益的分配和計算

兩片AD603采用順序級聯模式有利于控制精度和信噪比的提高。而順序級聯模式要求在放大信號時先啟用第一片AD603的增益，用盡后再用第二片的增益。由AD603的增益計算公式可知，當V12在-500～500mV之間時，其增益在-10～30dB范圍內變化，則兩片AD603的V12之間應有1V的電壓差，反應在圖2中，即兩片AD603的2腳之間有1V的壓降。

圖2：放大器及AGC電路

根據實際設計應留有一定的余量。將第一片AD603的增益范圍定為?????? -6～30dB，則相應的V12為-400～500mV，而其2腳已固定在5.5V，故1腳的控制電壓即VAGC應為5.1～6V。第二片AD603的增益范圍定為-10～24dB，則相應的V12為-500～350mV，而其2腳已固定在6.5V，故1腳的控制電壓即VAGC應為6～6.85V，兩片順序級聯后的總增益范圍為-16～54dB，如圖3所示。

圖3：AGC增益分配情況

由以上分析可知，當AGC控制電壓VAGC從5.1V到6.85V變化時，兩級AD603的總增益將從-16dB到54dB線性增加。現在需要做的是調整9018的工作點，使得當輸入信號適當變化時，能夠從9018的集電極取出從5.1V到6.85V變化的AGC控制電壓VAGC。由圖2可以看出，VAGC的大小取決于R7的阻值和集電極電流的大小。

在無信號輸入時，調整9018的靜態工作點，使9018發射極的PN結處于近似截止狀態，并調整R7的阻值使得VAGC為6.85V，此時兩級AD603的增益全部放開，即54dB；當有信號輸入，但其信號強度尚不能使9018發射極的PN結導通時，AGC處于失控狀態，輸出信號將隨著輸入信號強度的增大而增大；當信號強度足以使9018發射極的PN結導通時，9018處于AGC檢波狀態，此時AGC開始起控，VAGC大約以25mV/dB的速率下降，直至下降到5.1V。對應的兩級AD603的增益也開始逐漸從54dB下降到-16dB，先是第二級AD603的增益逐漸從24dB下降到-10dB，然后第一級AD603的增益也開始逐漸從30dB下降到-6dB。此時，AGC進入飽和點，輸入信號強度再增大時，AGC已失去控制作用，輸出信號又將隨著輸入信號強度的增大而增大。這就是AGC的整個控制過程，即隨著輸入信號強度的不斷增大，AGC將歷經失控、開始起控、進入飽和、再次失控的控制過程。

● AGC起控點與飽和點的選取和計算

AGC起控點與飽和點的選取應根據具體的應用來計算。假設要求信號經AGC放大后，其信號強度穩定在W(dBm)，AGC增益范圍為Ga～Gb(dB)，則AGC起控點電平(dBm)為W-Gb；AGC飽和點電平(dBm)為W-Ga。在應用中，要求信號經兩級AD603的放大后，其信號強度基本穩定在-10dBm，而AGC增益范圍為-16～54dB，因此AGC起控點電平應為-10-54=-64(dBm)；AGC飽和點電平應為-10-(-16)=6(dBm)。故此AGC所能處理的信號的動態范圍為-64～6dBm，共70dB。

AGC起控點的調整可通過改變R5的阻值來實現。事實上，改變R5的阻值也就是調整9018發射極的PN結壓降。此PN結用于AGC檢波時，其壓降大約被偏置在500～700mV之間。假設在工作過程中此PN結的瞬時壓降為600mV時，AGC開始起控，又假設要求的AGC起控點電平為-30dBm(20mV)，那么，可以通過調整R5的阻值使得此PN結被偏置在580mV，則當輸入信號電平達到20mV時，此PN結的瞬時壓降為600mV，AGC開始起控。以上只是定性的近似分析，在實際電路的實現中，要根據測量結果，反復調整R5的阻值，才能滿足AGC起控點的要求。當然，AGC起控點有一個下限。就圖2所示AGC控制電路來講，其AGC控制下限取決于9018發射極PN結壓降的調整精度，經實際測量，此值大約在100μV(-76dBm)左右。

實驗數據

圖4：AGC測試框圖

將整個電路按圖4所示連接進行閉環測試。在測試過程中，通過調整HP-8920A的可變衰減器來改變輸入信號強度的大小，輸出信號強度由HP-E4405B觀測，同時，通過萬用表測試VAGC的電壓值，測試數據如表2所示。

表2：AGC測試數據

由表2的測試數據可以看出，輸入信號強度從-64dBm到6dBm變化時，AGC控制電路能夠相應地調節AGC控制電壓VAGC的大小，從而改變AD603的增益，使其輸出信號強度基本穩定在-10dBm，整個控制范圍在70dB以上，滿足設計要求。