基于FPGA的超声波气体流量计中AGC的实现

文章摘要：3．2．1 门限判决模块门限判决模块用于限制加／减计数器控制号的波动，防止环路振荡，其内设高低2个门之间的范围即为AGC输出信号的波动范围。防止AGC发生振荡，该范围应该在满足解调器要求的动态范围条件下足够宽，而不是恒定不变的电平值。如果大于高门限，则认为信号过大，首先送给加／减计数器一个向下计数的信号，然后根据信号的范同从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果小于低门限，则认为信号过小，首先送给加／减计数器一个向上计数的信号，然后根据信号的范围从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果在两门限之间，则加／减计数器的步进量为零。图4是门限判决模块的仿真波形。其中，clk为时钟信号，reset为复

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　　3．2．1 门限判决模块

　　门限判决模块用于限制加／减计数器控制号的波动，防止环路振荡，其内设高低2个门之间的范围即为AGC输出信号的波动范围。防止AGC发生振荡，该范围应该在满足解调器要求的动态范围条件下足够宽，而不是恒定不变的电平值。如果大于高门限，则认为信号过大，首先送给加／减计数器一个向下计数的信号，然后根据信号的范同从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果小于低门限，则认为信号过小，首先送给加／减计数器一个向上计数的信号，然后根据信号的范围从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果在两门限之间，则加／减计数器的步进量为零。

　　图4是门限判决模块的仿真波形。其中，clk为时钟信号，reset为复位信号，iir_2_stage_output为滤波器的输出信号，set_control为与门限进行比较的信号，acc_addr为查找表地址，updn_count_out为控制加／减计数器的计数方向，dead_band_out为控制加／减计数器的计数控制信号，accelerate_gain为控制加／减计数器的计数步进量。

　　从图4中可以看出，当信号小于低门限7500时，dead_band_out=‘0’，updn_count_out=‘1’，控制加／减计数器向上计数，set_control远离低门限，计数步进量增大；当信号大于高门限10 500时，deadband_out=‘0’，updn_count_out=‘0’，控制加／减计数器向下计数，set_control远离高门限，计数步进量增大。

　　3．2．2 加／减计数器模块

　　加／减计数器模块根据输入信号与最佳的接收信号之间的差值，对输入信号进行反向补偿。假设输入信号经过一定衰减，AGC环路经过比较可确定接收信号电平低于最佳电平。这个差值将导致计数器向上计数，增加环路增益，直到环路滤波器的输出重新回到门限判决模块的两个门限之间。如果信号乘以增益后、环路滤波器的输出信号大于门限判决模块的高门限时，计数器向下计数，降低环路增益，直到信号重新回到可以准确解调所需的接收信号范围。

　　图5是加/减计数器模块的仿真波形。gain_counter_out为截位前的增益值，gain_control_out为截位后实际输出的增益值。从图5看出，当reset=‘1’时，计数器复位，设增益初始值gain_control_out=‘32’。而当deadband_in=‘O’，updn_count_in=‘1’，加／减计数器按步进量accelerate_gain_in向上计数；而当deadband_in=‘O’，updn_count_in=‘0’，加／减计数器按步进量accelerate_gainjn向下计数。计数所得的值即为输出的增益控制因子。

　　4 结论

　　本文实现了一种全数字AGC的设计方案。此方案可实现40 dB动态范围的控制，并且具有控制精度高，调节速度快，调试简单，受环境影响小，稳定性和可靠性高等优点。随着集成器件的发展，有望实现高动态范围的全数字AGC，以便应用到更广阔的领域中。(电子设计工程 刘艳萍，杨玉芝，崔朋朋 河北工业大学)

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