摘要：论述了某航天器ds-ss接收机外部agc的设计原理和具体实现，重点讨论了如何根据射频前端的输出设计全数字agc以扩展接收机的动态范围，并给出了基于fpga的外部agc电路算法。计算机仿真和硬件实现表明该数字agc设计满足ds-ss接收机系统的工作要求。

    关键词：动态范围 全数字agc 射频前端

    ds-ss（direct-sequence spread-spectrum）接收机具有抗干扰、通信保密性好、低信噪比下兼具测距功能等特点，在航天领域得到广泛应用。某航天器的ds-ss接收机用于测控和通信，实际工作时，输入信号变化的动态范围高达100db。在发射机距离工作时（几百米），接收机所接收的信号功率就会出现超出射频前端芯片动态范围的情况，这会使射频前端内部的agc失去作用，致使输出信号幅度不恒定，且有可能因为输入信号过大而烧毁放大器。避免上述情况，本文提出了通过增加一个数控衰减器和外部agc系统来保证整个接收系统具有100db的动态范围，并给出基于fpga的电路实现算法。

    该ds-ss接收机系统构成如图1所示。其中射频前端采用nemerix公司的nj1004芯片，数控衰减器采用m/a-com公司的at90-0106。

    1 外部agc原理和设计

    接收机的接收信号经过滤波器、放大器1和下变频器处理后，载波频率变为1575.42mhz，再经过数控衰减器和放大器2进入射频前端。在射频前端，nj1004芯片内部对输入信号经过下边频、滤波、放大和ad采样后，输出sgn和mag两路中频数字信号，ad采样位数为2bit，采样率为16.368mhz，中频信号频率为4.092mhz。射频前端nj1004内部含有一个agc系统，其动态范围为60db。输入信号在射频前端的动态范围内变化时，sgn输出信号的占空比恒定为50%，mag输出信号的占空比恒定为33.3%。

    由于射频前端芯片内部agc的动态范围不满足整个接收系统的工作要求，因此在接收机中增加一个外部agc模块以保证接收机的动态范围。外部agc控制模块的功能是检测出射频前端输出信号占空比变化而反映出来的接收信号幅度变化量，并通过低通滤波器滤出直流分量，经过一定的直流放大反馈给受控衰减器，调整输入信号幅度，使输入信号在放大器线性范围和射频前端agc的调整范围之内，以达到恒定幅度输出的目的。

    考虑到数字化的优越性和系统的稳定要求，采用全数字agc方案并使用fpga实现外部agc模块。由于mag输出信号的占空比反映了输入信号的幅度大小，因此外部agc控制模块采用mag作为输入信号，检测当前输入信号幅度的变化。外部agc控制模块输出为要衰减的db值，用来调整数控衰减器的衰减量。

    外部agc控制模块由计数器、低通滤波器、积分器和衰减量db转换表等几部分构成，实现框图如图2所示。

    当放大器2输出信号处于射频前端agc的动态范围时，mag端输出信号的占空比为1/3，如图3所示。如果放大器2输出信号超出射频前端agc的动态范围时，中频连续信号的幅度就会超过正常幅度，直接导致mag输出信号的占空比超出1/3，因此mag占空比的大小反映了接收信号幅度的大小。为了保持输出信号有恒定占空比，就要在输入信号过大而导致内部agc无法调节时，采用外部agc调整来保证。通过外部agc控制数控衰减器调整输入信号幅度，使放大器2的输出信号落入射频前端的agc动态调整范围。数控衰减量的调节直接由射频前端的输出信号mag的占空比确定。中频连续信号幅度与sng及mag输出信号的关系，如图3所示。

    设射频前端agc正常工作时的中断频输出连续信号幅度为a0，则mag输出信号门限为：

    假设射频前端的输出幅度变化为anew(anew>ath)，超出射频前端芯片调整的范围，并设新的接收信号超过门限时的相位φnew，则有

    因此中频输出信号幅度与正常信号幅度的比值为：