有趣分享丨关于自动增益控制,这样讲你就明白了

斑竹相信你们都有过这样的经历吧~

用手机拍照或摄像时,在光照较强的地方与暗处这样的场景进行切换,屏幕将会变黑或变亮,更可恶的是画面一直变来变去、很不清晰。

打开手机进行通讯,由于远近的原因,声音一大一小。。。

为什么会出现上面的场景呢?重点在于其信号处理方案没有在一开始就设计好。比如当输入信号幅度低于或高于某个阈值时,其方案中没有对该信号进行自动增益处理为稳定幅度的输出信号,抑或是发生了硬件故障等。

那么该如何才能维持并恒定输出信号的幅度呢?

自动增益控制(AGC)是一种非常不错的自动控制方法,它可以通过检测输出信号幅度来自适应控制信号链路的增益。尤其能在电路上的信号幅度发生变化时,帮助其输出信号幅度达到稳定值。

杨教授在书中解释道:“你可以将AGC理解为‘自动稳幅控制’,重点就是当输入信号在一定范围内时,它能调节并稳定维持输出信号的幅度。”

AGC参量定义

自动增益控制中的输入信号幅度值和输出信号幅度值的关系曲线如下图1所示:

欠幅区

当输入信号过小时,压控增益放大器即便达到最大增益Gmax,其输出信号也达不到AGC设定的稳幅电压,此时随着输入信号幅度的增加,输出信号幅度也随之明显增加,输入输出之间的增益为Gmax。这段区域,被称为欠幅区。

稳幅区

当输入信号增大到一定值后,随着输入信号的增加,输出信号几乎维持不变,这个区域被称为稳幅区。在此区间内,压控增益放大器的实际增益介于Gmin~Gmax,整个AGC处于有效调控状态——且随着输入信号的不断增大,压控增益放大器实际增益逐渐逼近Gmin。

稳幅区的左边界输入电压被定义为稳幅最小输入电压Uimin——可以是有效值,也可以是幅值,还可以是峰峰值。但不管怎么定义,第一需要说明,第二要整体统一。稳幅区的右边界输入电压被定义为稳幅最大输入电压Uimax。同时定义稳幅动态范围为:

超幅区

当输入信号继续增大,有如下几种可能使得AGC电路离开稳幅区进入超幅区。

  1. 压控增益放大器的实际增益开始接近甚至达到Gmin,此时随着输入信号的进一步增大,压控增益放大器已经无力通过降低增益来降低输出信号,只能任由输出信号也随之上升。
  2. 输入信号开始超过压控增益放大器的输入电压范围,或者输出信号开始超过压控增益放大器的输出最大值。

AGC输出等幅性

在稳幅区内,受稳幅电路影响,一般来说其输出幅度会随着输入信号幅度增大而微弱增加,导致稳幅出现微小的偏差。定义稳幅区内最大输出电压为Uomax,最小输出电压为Uomin,定义输出等幅性为:

 

对AGC来说,尽量大的稳幅动态范围,尽量小的输出等幅性,就是其追求目标。

AGC 电路结构

在电路结构上,AGC如图2所示,其中前置级和输出级都不是AGC必须的。AGC的核心在于两部分,第一是幅度检测,可以得到一个与输出幅度成正比的直流电压VG,第二是压控增益放大器,它的增益受控于VG,且一定是负反馈关系:VG越大,压控增益放大器的实际增益越小。

图2:AGC结构

实际应用中,更多采用图3所示的细化结构。即输出信号与设定直流电压VREF做比较,当输出幅度大于VREF时,VG将持续变化以减小增益,进而减小输出幅度;当输出幅度小于VREF时,VG将持续变化以增大增益,进而增大输出幅度,最终一定会维持输出幅度与设定幅度基本相等。

图3:AGC结构细化

在杨老师的第四本书中,还讲述了通过AD603来做的AGC的控制电路实例,以及很多其它丰富的知识。例如ADC前端驱动该怎么加,如何妙解“诡异的比较器”等。链接奉上~

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[edited by: ternence at 9:51 AM (GMT 0) on 29 Apr 2019]