基于VCA810的大動態范圍AGC電路設計

羅有亮，魏連魁，劉 杰

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

基于VCA810的大動態范圍AGC電路設計

羅有亮，魏連魁，劉 杰

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

在通信系統中，接收機天線感應到的有用信號強度隨機變化。為了確保解調器輸入端電平恒定或在較小的范圍內變化，該文基于德州儀器公司的VCA810芯片設計了具有80 dB動態范圍的70 MHz中頻大動態自動增益（AGC）電路。試驗結果表明：基于VCA810設計的AGC電路控制精度高、范圍寬。

大動態范圍；反饋控制；自動增益控制（AGC）；VCA810

利用電磁波進行無線通信時，接收機和發射機之間的相對位置通常是不確定的，這使得接收機接收到的信號的強弱變化范圍很大。在無線電波的傳輸過程中，各種遮擋物也使得接收機天線感應到的信號電平強度隨機變化［1］。各種因素通常使得接收機接收到有用信號的強度變化范圍達到幾十dB，極端條件變化范圍甚至超過一百dB。當接收信號太弱時，過低的載噪比達不到接收機解調門限，無法正常解調信號；當接收機增益不變時，過強信號極易使得接收機飽和，甚至損壞接收機的硬件電路。為了保證良好的接收效果，要求在接收弱信號時保證有一定的信噪比，而在接收強信號時接收機的前端電路又不產生過大的互調分量等非線性失真，確保解調器輸入端的電平幅度保持恒定或在較小的范圍內變化。基于負反饋原理的自動增益控制電路通常位于接收機的解調器前端，為的就是保證解調器有著較好的解調性能［2-3］。

1 系統設計方案

1.1 VCA810簡介

VCA810是德州儀器（TI）的一款寬帶、具有低失調電壓的、連續可變電壓控制增益放大器，能夠提供差分輸入單端輸出，出色的共模抑制和兩個高阻抗輸入的共模輸入范圍允許VCA810提供一個增益調節差分接收器的操作。輸出信號是相對于地面。零差分輸入電壓提供了一個帶有小的直流偏移誤差0 V輸出。低輸入噪聲電壓，確保在最高增益設置好輸出信噪比。

而此款芯片的突出優點是VCA810芯片能夠實現-40 dB 到40 dB的線性增益控制，增益控制準確度±1.5 dB，±5 V電源供電時增益控制電壓從0 V變化到-2 V時，增益從-40 dB線性地變化到+40 dB，具有35 MHz穩定的增益帶寬。

圖1 VCA810芯片模塊圖Fig.1 Block diagram of VCA810

1.2 自動增益控制（AGC）原理

圖2 反饋型AGC結構方框圖Fig.2 Feedback AGC schematic diagram

2 AGC設計與實現

基于VCA810芯片的大動態自動增益控制電路模塊框圖如圖3所示［4-8］。

圖3 基于VCA810芯片自動增益控制電路模塊框圖Fig.3 Automatic gain control circuit module based on the VCA 810

2.1 VCA810程控放大器電路設計

基于VCA810芯片的大動態自動增益控制電路主要由兩塊芯片構成，VCA810程控放大電路和OPA820高速緩沖電路。輸入輸出部分設置了3個SMA射頻接口。同時，每一級都配有短路套接口，方便調試以及選擇需要的電路連接方式。

圖4 VCA810程控放大器電路Fig.4 Circuit of VCA810 Programmable Amplifier

圖5 OPA820高速放大電路Fig.5 OPA810 high speed amplification circuit

VCA810程控放大模塊電路默認設置了50 Ω阻抗匹配，輸入端并聯50 Ω到地，輸出可選串聯或者并聯510 Ω負載到地，50阻值永兩個100 Ω電阻并聯得到；OPA820放大器可以避免程控放大器在設置大增益的時候出現的震蕩問題，同時OPA820芯片可以根據實際需要來設計放大器增益，OPA820芯片默認匹配了50 Ω阻抗，輸入端并聯50 Ω到地，輸出可選擇串聯50 Ω或者病連0 Ω負載到地，放大器連接方式為同相輸入比例放大，其增益值由電阻R18和R17來決定，本電路默認設置放大倍數為2倍。

本模塊中另添加了一個直流偏移電路，通過J2短路套選擇，調節RW1電位器可設置直流偏移電壓值，電位器的電壓極限時電源電壓VCC和VSS，即±5 V，設電位器控制電壓為Va，則：

當需要更大的直流偏移電壓值時，可跟換電阻R4和R24的阻值。

2.2 增益控制電路設計

各組鎖骨下動脈狹窄患者盜血程度的比較見表2。合并椎動脈狹窄性病變組各亞組間（同側椎動脈狹窄性病變組、對側椎動脈狹窄性病變組、雙側椎動脈狹窄性病變組）盜血程度的兩兩比較均無統計學意義（P＞0.05）。而合并椎動脈狹窄性病變組及各亞組分別與對照組比較，Ⅱ期與Ⅲ期盜血所占比例均明顯低于對照組（P＜0.05）。

為了方便電路增益的設置，模塊設置了兩種控制方式，手動和自動。具體電路如下所示。由于VCA810芯片的有效增益控制范圍為-2～0 V，手動方式中電位器RW2的電壓極限是電源電壓VSS和零電位，即為-5 V和0 V，設電位器控制電壓為，則

自動控制方式中，為了配合單片機數模轉換器只能輸出正電壓值的缺點設計一個反向放大電路，VCA810最終的控制電壓值通過運算放大器OP07計算得到。OP07連接方式為反向輸入、1倍放大，測試所選數字模擬轉換器輸出電壓為0～2.43 V。

取R1=R5=10 kΩ，R8=4.7 kΩ，則偏移電壓值VDA為：

最后VDA的電壓值通過一階RC（R6和C1）低通濾波后連接VCA810芯片的增益控制引腳。

VAC810芯片在 35M帶寬下的增益控制范圍為-40～40 dB，在本模塊中為了使電路匹配50 Ω阻抗，在VCA810芯片和OPA820之間衰減了2倍，但OPA820放大器設置了放大倍數為2，所以理論上本模塊總增益控制范圍為-40～40 dB。

2.3 模塊主要特性

本文基于VCA810芯片的自動增益控制模塊主要特性如下：

1）整板：采用主程控放大器和運算放大器級聯方式，運算放大器可以定制放大倍數；默認參數如下：-3 dB截止頻率為34 MHz，通帶內增益起伏很小，對1 kHz～10 MHz的輸入信號紋波不超過1dB，輸入輸出阻抗為50 Ω；輸入信號范圍20 mVpp～1.5 Vpp；輸出信號范圍大于10 mVpp，由放大器放大倍數決定，VCA810芯片輸出信號10 mVpp～2.5 Vpp。

2）放大器采用高速、寬帶、運放芯片OPA820，放大倍數默認為2倍。

3）增益控制：手動電位器調節或自動數模轉換器控制，控制電壓范圍-2 V～0 V；線性增益控制范圍為-38 dB～40 dB。

4）模塊可選擇是否假如直流偏置。

5）模塊采用±5 V供電。

3 系統測試

模塊測試數據以圖表的方式體現，主要顯示模塊的幅頻特性曲線。該部分所有測試條件均在增益控制為手動、信號波形無明顯失真，并且在示波器使用交流耦合的情況下測試得到的數據圖。為了和模塊50 Ω的輸入阻抗相匹配，信號源的輸出負載需要設置為50 Ω。

3.1 VCA810模塊放大幅頻特性

測試條件：S1接信號輸入，S2接信號輸出；短路套接J11 的 2、3兩腳插針，選擇手動增益控制方式；信號頻率范圍1 KHz～80 MHz，固定增益40 dB得到圖6。

從數據圖可以看出增益設置40 dB之后，帶寬有所下降，-3 dB截止頻率約為30 MHz附近。

圖6 VCA810幅頻特性曲線（G=40）Fig.6 Amplitude-frequency Curve of VCA810（G=40）

3.2 VCA810模塊衰減幅頻特性

測試條件：S1接信號輸入，S2接信號輸出；短路套接J11 的2、3兩腳插針，選擇手動增益方式；信號頻率范圍1 kHz～80 MHz，固定增益-20 dB得到如圖7所示。

圖7 VCA810幅頻特性曲線（G=-20）Fig.7 Amplitude-frequency Curve of VCA810（G=-20）

從數據圖可以看出大信號輸入時VCA810與小信號輸入時的帶寬差別不大，在2 MHz帶寬內非常平坦，-3 dB截止頻率在31 MHz附近。

4 結 論

自動控制增益電路是無線通信領域中用于接收機中的重要電路。該文對自動控制增益電路的基本原理進行了簡要分析，基于VCA810芯片且采用主程控放大器和運算放大器級聯方式，設計了70 MHz大動態自動增益控制電路，運算放大器額可以定制放大倍數。理論上本模塊總增益控制范圍為-40～40 dB，實際上線性增益范圍測試結果是-38～40 dB。-3 dB截止頻率為34 MHz，帶通內增益起伏較小，對1 kHz～10 MHz的輸入信號紋波不超過1 dB。實驗結果表明基于 VCA810芯片設計的自動增益控制（AGC）模塊具有較好的性能，相應電路已應用于具體項目中，取得了良好的效果。

［1］陳邦媛.射頻通信電路［M］.北京：科學出版社，2006.

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［6］張星.周克生.基于AD8367的壓控增益放大系統設計［J］.世界電子無器件，2007（1）:45-47.

［7］王中文.孫延輝.無線通訊領域中自動增益控制電路的研究［J］.遼寧大學黨報：自然科學版，2007（34）:15-17.

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Large dynamic range AGC system design based on VCA810 China satellite maritime tracking and control department

LUO You-liang，WEI Lian-kui，LIU Jie
（China Satellite Maritime Tracking&Control Department，Jiangyin 214431，China）

In communication systems，the receiving antenna is sensitive to the intensity of the useful signal which changes randomly.In order to ensure amplitude stability of the received signal，the design method of AGC with 70 MHz intermediate frequency and 80 dB dynamic range using a chip VCA810 which is designed by Texas Instruments Company.The test results show that:this AGC processes with the excellence of high precision control and board range.

large dynamic range；feedback control；automatic gain control；VCA810

TN850.3

A

1674－6236（2016）04-0105-03

2015-03-31 稿件編號：201503476

羅有亮（1986—），男，江蘇南京人，碩士。研究方向：航天測控、計算機測控。