摘要：介紹了一種大動態范圍的實時數控AGC電路的設計原理、基本結構及工作過程，給出了一種應用于數字中頻接收機(DIFR)中大動態范圍的實時數控AGC電路的具體實現方法，該方法可以利用數字電路的優點和特殊的電路結構實現大動態范圍的實時數控自動增益放大／衰減。
關鍵字：實時數字電路；自動增益控制；大動態范圍；數字增益補償

0 引言
在頻譜分析儀、中頻接收機等諸多儀器中，動態范圍是衡量儀器性能的重要指標之一。為了擴大儀器的動態范圍，在頻譜儀、接收機等儀器中經常采用自動增益控制電路(AGC電路)。AGC電路是一種在輸入信號幅度變化很大的情況下，其輸出信號幅度可保持恒定或僅在較小范圍內變化的自動控制電路。
與模擬AGC相比，數控AGC由于反饋部分的主要功能由數字部分實現，故其AGC控制可以更加容易地得到實現。利用數字信號處理精度高的特點，可以精確地實現數字增益補償，使系統具有快速收斂和精確地穩態響應等優點。
AGC電路分為非實時和實時兩種。前一種電路采用后反饋技術來實現，因此，在有實時性要求的場合不能使用；而后一種AGC電路則采用前饋技術實現，能夠實現對信號的實時調理，因而克服了非實時性電路的缺點。在數字化中頻頻譜分析儀和數字中頻接收機等測量儀器中，由于ADC器件存在量化噪聲、孔徑抖動、差分非線性失真、熱噪聲等誤差，故會造成ADC輸入動態范圍及有效輸出位數的下降，從而限制了儀器的輸入動態范圍，難以滿足設計要求。對于一個14位ADC器件來說，當參考電壓為1V時，在理想情況下，其所能轉換的信號電平功率為-65 dBm～13dBm，動態范圍為78 dB。而在噪聲、量化誤差等因素的影響下，該范圍還會被進一步壓縮，從而降低儀器的性能指標。為了保證儀器有更寬的動態范圍和更高的幅度精度，本設計采用實時自動量程控制技術，該技術可使ADC轉換器工作在最佳狀態下，以減少量化誤差的影響，提高信噪比，從而得到較大的動態范圍。

1 實時數控AGC原理
實時數控AGC電路通常采用前饋式電路結構，以在信號到達ADC器件前完成對其調理。這種電路一般由預選濾波器、放大一抗混疊濾波電路、數控增益放大／衰減電路、模數轉換電路、信號幅度提取電路、邏輯規則產生模塊和數字增益補償模塊組成，其電路結構如圖1所示。其中邏輯規則產生模塊和數字增益補償模塊為數字信號處理部分，可在FPGA器件內部實現。

前端模擬混頻后得到的中頻信號首先經過一組單極點濾波器(包含LC濾波器、晶體濾波器)來濾除帶外信號，然后通過選通再輸出到信號幅度提取電路和放大-抗混疊電路。抗混疊濾波器能夠更有效地濾除帶外信號，避免采樣頻譜混疊。該電路一般具有多個極點，所以有顯著的群時延特性，對于一個快速上升的中頻模擬信號，經過抗混疊濾波器后，通常會產生時延，這個時間可以換算為多個采樣時間間隔。而延遲可使信號在送入ADC之前有充裕的時間被數控增益芯片放大／衰減，以適應ADC器件的工作范圍。信號幅度提取電路先提取輸入信號的幅值，然后再經過量化后，被轉換為檔位信息，再通過邏輯規則產生模塊根據檔位信息配置數控增益芯片進行放大／衰減。當輸入信號幅度較大時，邏輯規則產生模塊應立即減小增益，以防止ADC器件過載；而當輸入信號幅度長時間保持較小時，邏輯規則產生模塊才會增加增益，這樣可減小輸入信號有效噪聲，提高ADC的輸出有效位數(ENOB)。同時，采樣之后的數字增益補償模塊則根據檔位信息提供的補償值相應地調節采樣數據，以實時補償前端模擬電路的增益，從而準確恢復出輸入的模擬中頻信號幅度。