摘要：論述了某航天器ds-ss接收機(jī)外部agc的設(shè)計(jì)原理和具體實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)討論了如何根據(jù)射頻前端的輸出設(shè)計(jì)全數(shù)字agc以擴(kuò)展接收機(jī)的動態(tài)范圍，并給出了基于fpga的外部agc電路算法。計(jì)算機(jī)仿真和硬件實(shí)現(xiàn)表明該數(shù)字agc設(shè)計(jì)滿足ds-ss接收機(jī)系統(tǒng)的工作要求。

    關(guān)鍵詞：動態(tài)范圍 全數(shù)字agc 射頻前端

    ds-ss（direct-sequence spread-spectrum）接收機(jī)具有抗干擾、通信保密性好、低信噪比下兼具測距功能等特點(diǎn)，在航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。某航天器的ds-ss接收機(jī)用于測控和通信，實(shí)際工作時，輸入信號變化的動態(tài)范圍高達(dá)100db。在發(fā)射機(jī)距離工作時（幾百米），接收機(jī)所接收的信號功率就會出現(xiàn)超出射頻前端芯片動態(tài)范圍的情況，這會使射頻前端內(nèi)部的agc失去作用，致使輸出信號幅度不恒定，且有可能因?yàn)檩斎胄盘栠^大而燒毀放大器。避免上述情況，本文提出了通過增加一個數(shù)控衰減器和外部agc系統(tǒng)來保證整個接收系統(tǒng)具有100db的動態(tài)范圍，并給出基于fpga的電路實(shí)現(xiàn)算法。

    該ds-ss接收機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。其中射頻前端采用nemerix公司的nj1004芯片，數(shù)控衰減器采用m/a-com公司的at90-0106。

    1 外部agc原理和設(shè)計(jì)

    接收機(jī)的接收信號經(jīng)過濾波器、放大器1和下變頻器處理后，載波頻率變?yōu)?575.42mhz，再經(jīng)過數(shù)控衰減器和放大器2進(jìn)入射頻前端。在射頻前端，nj1004芯片內(nèi)部對輸入信號經(jīng)過下邊頻、濾波、放大和ad采樣后，輸出sgn和mag兩路中頻數(shù)字信號，ad采樣位數(shù)為2bit，采樣率為16.368mhz，中頻信號頻率為4.092mhz。射頻前端nj1004內(nèi)部含有一個agc系統(tǒng)，其動態(tài)范圍為60db。輸入信號在射頻前端的動態(tài)范圍內(nèi)變化時，sgn輸出信號的占空比恒定為50%，mag輸出信號的占空比恒定為33.3%。

    由于射頻前端芯片內(nèi)部agc的動態(tài)范圍不滿足整個接收系統(tǒng)的工作要求，因此在接收機(jī)中增加一個外部agc模塊以保證接收機(jī)的動態(tài)范圍。外部agc控制模塊的功能是檢測出射頻前端輸出信號占空比變化而反映出來的接收信號幅度變化量，并通過低通濾波器濾出直流分量，經(jīng)過一定的直流放大反饋給受控衰減器，調(diào)整輸入信號幅度，使輸入信號在放大器線性范圍和射頻前端agc的調(diào)整范圍之內(nèi)，以達(dá)到恒定幅度輸出的目的。

    考慮到數(shù)字化的優(yōu)越性和系統(tǒng)的穩(wěn)定要求，采用全數(shù)字agc方案并使用fpga實(shí)現(xiàn)外部agc模塊。由于mag輸出信號的占空比反映了輸入信號的幅度大小，因此外部agc控制模塊采用mag作為輸入信號，檢測當(dāng)前輸入信號幅度的變化。外部agc控制模塊輸出為要衰減的db值，用來調(diào)整數(shù)控衰減器的衰減量。

    外部agc控制模塊由計(jì)數(shù)器、低通濾波器、積分器和衰減量db轉(zhuǎn)換表等幾部分構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

    當(dāng)放大器2輸出信號處于射頻前端agc的動態(tài)范圍時，mag端輸出信號的占空比為1/3，如圖3所示。如果放大器2輸出信號超出射頻前端agc的動態(tài)范圍時，中頻連續(xù)信號的幅度就會超過正常幅度，直接導(dǎo)致mag輸出信號的占空比超出1/3，因此mag占空比的大小反映了接收信號幅度的大小。為了保持輸出信號有恒定占空比，就要在輸入信號過大而導(dǎo)致內(nèi)部agc無法調(diào)節(jié)時，采用外部agc調(diào)整來保證。通過外部agc控制數(shù)控衰減器調(diào)整輸入信號幅度，使放大器2的輸出信號落入射頻前端的agc動態(tài)調(diào)整范圍。數(shù)控衰減量的調(diào)節(jié)直接由射頻前端的輸出信號mag的占空比確定。中頻連續(xù)信號幅度與sng及mag輸出信號的關(guān)系，如圖3所示。

    設(shè)射頻前端agc正常工作時的中斷頻輸出連續(xù)信號幅度為a0，則mag輸出信號門限為：

    假設(shè)射頻前端的輸出幅度變化為anew(anew>ath)，超出射頻前端芯片調(diào)整的范圍，并設(shè)新的接收信號超過門限時的相位φnew，則有

    因此中頻輸出信號幅度與正常信號幅度的比值為：