大动态脉冲数字AGC研究与设计
发布时间：2021-01-15 14:38
近几年来,随着通信环境日益复杂化,脉冲雷达信号衰落加剧。这对雷达接收机的自动增益控制（AGC）模块的高灵敏度、高精度、快速响应时间提出了更高的要求。相比传统的模拟自动增益控制,数字AGC系统的应用更加广泛。本文基于数字AGC系统结构的研究分析与对比,设计了一款基于FPGA的大动态范围,快速锁定的数字AGC系统,该结构实现简单、体积较小、灵活性高。本文主要工作内容和创新点总结如下:（1）本文给出了数字AGC系统的硬件设计结构。对现有的数字AGC系统拓扑结构以及主要电路单元类型进行分析比较,指出了开环前馈和闭环反馈结构的优缺点,引入了结合前馈和反馈优点的数据采样反馈AGC系统结构实现1.9 GHz脉冲雷达信号63 dB的动态调节范围。其中可变增益放大器模块选择线性度高、增益控制精确、工作带宽大的可变衰减器级联固定增益放大器结构,其中衰减量由数字信号直接控制,因此环路结构简洁;检波器线性范围高达74 dB;ADC转换器采样率达到125 MSPS,能够实现200 ns窄脉冲信号的自动增益控制;为了实现输出快速锁定,增益调整算法控制模块选择FPGA芯片。最后完成了整个数字自动增益控制系统的电路设...
【文章来源】： 蒋茂霞 电子科技大学
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管包络检波电路图
第二章脉冲信号数字AGC系统技术研究11第二种灵敏度高，动态范围高，是AGC系统中常用的结构。图2-7所示是一种连续检波器结构图，由五个限幅放大器级联而成，五个放大器的输出信号通过整流器变平滑后叠加，然后通过低通滤波器得到输出电压信号。假设图中限幅放大器的限制电压为LV，增益为A，整流器增益为1，如图所示第一个整流器的输出由整流器自身电路决定，后面几级输入已经具有A增益，固输出幅度表示为/LVA，此处采用基于非平衡源极耦合对的整流器使得输出与输入在一定范围内呈现dB线性关系。输出信号outV即是整流器输出信号幅度之和，输出信号与输入信号呈现dB线性关系。根据理论值可知该对数检波器的最大误差为2.46dB，而实际上检波器在链路的误差远小于该数值，通常比2dB小，该误差是由整流器的有限工作带宽以及低通滤波器的插入损耗引入的[34]。连续对数检波器在AGC链路中应用广泛，在选用该类检波器应该注意检波器工作的频率范围，检波器输入信号的动态范围以及脉冲响应时间。图2-7连续检波结构图2.3.2数字控制可变增益放大器数字可变增益放大器(DVGA)直接由数字信号控制增益，因此VGA中不需要指数产生电路，与模拟信号控制增益的VGA不同，数字可变增益放大器的步进是离散的。下面对几种常见的DVGA进行研究分析。2.3.2.1基于可变电阻反馈的VGA开关电阻阵列给数字控制可变增益放大器设计带来了很大的灵活性，是可变电阻反馈VGA的重要的组成部分，图2-8为阵列电阻阵列的结构图，可以通过控制CMOS的导通与否实现电阻值改变，从而达到增益控制的目的。
电子科技大学硕士学位论文12图2-8开关阵列电阻闭环反馈VGA采用反馈技术使得VGA具有高线性度。下面介绍一种常见的具有闭环反馈拓扑结构的VGA如图2-9所示：图2-9闭环反馈PGA结构示意图图2-9中闭环反馈结构VGA由运算放大器结合电阻阵列组成[35]，由运算放大器的虚短虚断原理可以得出该放大器的增益可以近似表达为式2-5：21RAR(2-5)由式2-5可知通过改变1R或者2R阻值得到不同的增益值，阵列电阻的开关控制可以通过数字控制即可，但是改变两个电阻值对整个结构的的性能影响不同。电阻改变的主要比较如表2-1所示：表2-1改变不同位置电阻性能分析改变方式1R可变2R固定2R可变1R固定优点不会改变前级电路的负载电路稳定性良好，相位和带宽改变不大。缺点可变的电阻使得零极点变化，影响电路的稳定性及带宽。可变电阻导致负载变化，从而需要缓冲电路。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ModelSim的VHDL仿真技术研究与应用[J]. 陈志刚. 电脑知识与技术. 2019(31)
[2]SPI接口简介[J]. Piyu Dhaker. 电子产品世界. 2019(06)
[3]可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用[J]. 田生宏,田培成. 科技视界. 2015(18)
[4]数字中频接收机中数字AGC的设计与实现[J]. 胡俊杰,叶永杰,帅明. 通信对抗. 2015(01)
[5]A 60-dB linear VGA with novel exponential gain approximation[J]. 周嘉业,谈熙,王俊宇,唐长文,闵昊. 半导体学报. 2009(06)
[6]中频宽带接收机AGC电路的研究[J]. 刘晓明,刘晓伟,仲元红,熊东. 现代雷达. 2007(07)
[7]数字AGC电路设计[J]. 侯剑波. 现代电子技术. 2006(15)
[8]基于FPGA的UART设计[J]. 聂涛,许世宏. 现代电子技术. 2006(02)
[9]脉冲信号数字AGC方法[J]. 樊世斌. 应用科技. 1989(01)
硕士论文
[1]大动态自动步进增益控制电路的设计与实现[D]. 王新舒.电子科技大学 2017
[2]一种TDD通信的快速AGC电路的研究与设计[D]. 夏文娟.山东大学 2016
[3]1.5GHz宽动态范围微波接收机的设计与实现[D]. 柳春姐.山东大学 2015
[4]X波段脉冲雷达前端研制[D]. 孙圣涛.电子科技大学 2015
[5]数字控制可变增益放大器的设计[D]. 陈宇.华中科技大学 2014
[6]无线接收机中高动态范围数字自动增益控制电路设计[D]. 李晓.西安电子科技大学 2011
[7]雷达频综模块和中频接收模块的设计与实现[D]. 王建辉.电子科技大学 2010
[8]90dB大动态范围可控AGC系统及其在雷达远程测量平台中的应用[D]. 张志刚.上海交通大学 2009
[9]短波高动态数字AGC射频前端设计与实现[D]. 卢波.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：2979044
【文章来源】： 蒋茂霞 电子科技大学
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二极管包络检波电路图
第二章脉冲信号数字AGC系统技术研究11第二种灵敏度高，动态范围高，是AGC系统中常用的结构。图2-7所示是一种连续检波器结构图，由五个限幅放大器级联而成，五个放大器的输出信号通过整流器变平滑后叠加，然后通过低通滤波器得到输出电压信号。假设图中限幅放大器的限制电压为LV，增益为A，整流器增益为1，如图所示第一个整流器的输出由整流器自身电路决定，后面几级输入已经具有A增益，固输出幅度表示为/LVA，此处采用基于非平衡源极耦合对的整流器使得输出与输入在一定范围内呈现dB线性关系。输出信号outV即是整流器输出信号幅度之和，输出信号与输入信号呈现dB线性关系。根据理论值可知该对数检波器的最大误差为2.46dB，而实际上检波器在链路的误差远小于该数值，通常比2dB小，该误差是由整流器的有限工作带宽以及低通滤波器的插入损耗引入的[34]。连续对数检波器在AGC链路中应用广泛，在选用该类检波器应该注意检波器工作的频率范围，检波器输入信号的动态范围以及脉冲响应时间。图2-7连续检波结构图2.3.2数字控制可变增益放大器数字可变增益放大器(DVGA)直接由数字信号控制增益，因此VGA中不需要指数产生电路，与模拟信号控制增益的VGA不同，数字可变增益放大器的步进是离散的。下面对几种常见的DVGA进行研究分析。2.3.2.1基于可变电阻反馈的VGA开关电阻阵列给数字控制可变增益放大器设计带来了很大的灵活性，是可变电阻反馈VGA的重要的组成部分，图2-8为阵列电阻阵列的结构图，可以通过控制CMOS的导通与否实现电阻值改变，从而达到增益控制的目的。
电子科技大学硕士学位论文12图2-8开关阵列电阻闭环反馈VGA采用反馈技术使得VGA具有高线性度。下面介绍一种常见的具有闭环反馈拓扑结构的VGA如图2-9所示：图2-9闭环反馈PGA结构示意图图2-9中闭环反馈结构VGA由运算放大器结合电阻阵列组成[35]，由运算放大器的虚短虚断原理可以得出该放大器的增益可以近似表达为式2-5：21RAR(2-5)由式2-5可知通过改变1R或者2R阻值得到不同的增益值，阵列电阻的开关控制可以通过数字控制即可，但是改变两个电阻值对整个结构的的性能影响不同。电阻改变的主要比较如表2-1所示：表2-1改变不同位置电阻性能分析改变方式1R可变2R固定2R可变1R固定优点不会改变前级电路的负载电路稳定性良好，相位和带宽改变不大。缺点可变的电阻使得零极点变化，影响电路的稳定性及带宽。可变电阻导致负载变化，从而需要缓冲电路。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ModelSim的VHDL仿真技术研究与应用[J]. 陈志刚. 电脑知识与技术. 2019(31)
[2]SPI接口简介[J]. Piyu Dhaker. 电子产品世界. 2019(06)
[3]可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用[J]. 田生宏,田培成. 科技视界. 2015(18)
[4]数字中频接收机中数字AGC的设计与实现[J]. 胡俊杰,叶永杰,帅明. 通信对抗. 2015(01)
[5]A 60-dB linear VGA with novel exponential gain approximation[J]. 周嘉业,谈熙,王俊宇,唐长文,闵昊. 半导体学报. 2009(06)
[6]中频宽带接收机AGC电路的研究[J]. 刘晓明,刘晓伟,仲元红,熊东. 现代雷达. 2007(07)
[7]数字AGC电路设计[J]. 侯剑波. 现代电子技术. 2006(15)
[8]基于FPGA的UART设计[J]. 聂涛,许世宏. 现代电子技术. 2006(02)
[9]脉冲信号数字AGC方法[J]. 樊世斌. 应用科技. 1989(01)
硕士论文
[1]大动态自动步进增益控制电路的设计与实现[D]. 王新舒.电子科技大学 2017
[2]一种TDD通信的快速AGC电路的研究与设计[D]. 夏文娟.山东大学 2016
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[5]数字控制可变增益放大器的设计[D]. 陈宇.华中科技大学 2014
[6]无线接收机中高动态范围数字自动增益控制电路设计[D]. 李晓.西安电子科技大学 2011
[7]雷达频综模块和中频接收模块的设计与实现[D]. 王建辉.电子科技大学 2010
[8]90dB大动态范围可控AGC系统及其在雷达远程测量平台中的应用[D]. 张志刚.上海交通大学 2009
[9]短波高动态数字AGC射频前端设计与实现[D]. 卢波.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：2979044
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