專利名稱：線性化數(shù)字自動增益控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，特別涉及在無線電話系統(tǒng)中的功率控制。
相關(guān)技術(shù)的描述美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)管理美國射頻(RF)頻譜的應(yīng)用。FCC分配在RF頻譜內(nèi)的一些帶寬作各種特定用途。分配到RF頻譜帶寬的用戶必須采取措施以保證在帶寬內(nèi)部和外部的無線電波輻射保持小于小于容許的電平，以免干擾在相同或其它帶寬內(nèi)操作的其它用戶。由FCC和帶寬的特定用戶集團(tuán)管理這些電平。
800MHz蜂窩狀無線電話通信系統(tǒng)在869.01MHz到893.97MHz的帶寬內(nèi)操作它的前向鏈路(蜂窩區(qū)到無線電話機(jī)的傳輸)。反向鏈路(無線電話機(jī)到蜂窩區(qū)的傳輸)是在824.01MHz到848.97MHz的帶寬內(nèi)。把前向鏈路和反向鏈路帶寬分成信道，每個信道占用30kHz帶寬。此蜂窩狀通信系統(tǒng)的特定用戶可以同時在這些信道中的一條或幾條信道上進(jìn)行操作。
在蜂窩狀無線電話通信系統(tǒng)中可以采用若干不同的調(diào)制技術(shù)。調(diào)制技術(shù)的兩個例子是頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)。
FDMA調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生一次占用一條信道的信號，而CDMA調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生占用幾條信道的信號。兩種技術(shù)都必須把返回鏈路的無線電波輻射控制在所分配信道內(nèi)外可接受的極限內(nèi)。為了獲得最大的系統(tǒng)性能，CDMA技術(shù)的用戶必須謹(jǐn)慎控制正在操作的信道內(nèi)的輻射功率。
接收數(shù)字調(diào)制信息信號的CDMA接收機(jī)一般包括帶有由控制信號調(diào)節(jié)增益的可變增益放大器。把運(yùn)用控制信號來調(diào)節(jié)所接收信號的增益的處理過程稱為自動增益控制(AGC)。一般，在數(shù)字接收機(jī)中，AGC處理包括測量可變增益放大器的輸出信號功率。
把測定值與表示所需信號功率的參考值相比較，以產(chǎn)生誤差信號。然后，用誤差信號來控制可變化的放大器增益以調(diào)節(jié)信號強(qiáng)度，使之與所需信號功率相一致。
為了用最佳的信噪比來完成數(shù)字解調(diào)，用AGC保持基帶波形的幅度接近于基帶模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的全部動態(tài)范圍。這通常要求在接收信號功率的全部動態(tài)范圍內(nèi)提供AGC。
圖1示出典型的現(xiàn)有技術(shù)蜂窩狀無線電話。這種無線電話包括發(fā)送部分102和接收部分103。在發(fā)送部分102中，傳聲器110拾取聲音信號并把它改變成由115編碼并調(diào)制的模擬信號。已調(diào)信號Tx處于中頻。把Tx輸入到自動增益控制(AGC)放大器120。對于CDMA無線電話，由接收信號功率電平的組合125和來自蜂窩區(qū)的發(fā)射功率命令來控制發(fā)送AGC120，前者稱為開環(huán)功率控制，后者稱為閉環(huán)功率控制130。在由Gilhousen等人申請的美國專利第5,056,109號中詳細(xì)描述開環(huán)和閉環(huán)功率控制。
把來自AGC放大器的信號輸入到功率放大器101。把功率放大器101的放大信號輸入到把信號與天線150耦合的雙工器145，以在信道上發(fā)送。
在接收部分103中，雙工器145把由天線150接收到的信號耦連到接收部分103上。把該接收信號輸入到低噪聲放大器(LNA)155。然后，把來自LNA155的放大信號輸入到接收AGC160。由接收信號的功率電平通過165控制這個AGC160。在由揚(yáng)聲器175把來自接收AGC160的信號作為模擬聲音信號發(fā)送之前，先對它進(jìn)行解調(diào)和解碼。
在CDMA無線電話中，有可能驅(qū)動在發(fā)射機(jī)中的功率放大器101，使得所產(chǎn)生的功率電平超過信道外無線電波輻射能容許的范圍。這主要是因?yàn)檩敵龉β蚀髸r功率放大器101的輸出失真程度增加。此外，驅(qū)動功率放大器101使功率大于某電平會引起對于無線電話內(nèi)部干擾。
在CDMA無線電話中，由話機(jī)形成的“開環(huán)”估計(jì)和來自基站的“閉環(huán)”校正命令來確定適當(dāng)?shù)陌l(fā)送輸出功率。話機(jī)進(jìn)行開環(huán)估計(jì)的方法是測量從基站接收的功率并設(shè)定對稱信道，即對接收信號低于某一參考電平的分貝，話機(jī)傳送另一參考電平加該分貝量的電平。一般通過“分貝值線性”的接收和發(fā)送路徑采用自動增益控制放大器并把該放大器的控制信號耦合到用于把接收信號帶到所需設(shè)定點(diǎn)的公共控制機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)此方法。
理論上說，這種布局將產(chǎn)生所需的發(fā)送輸出功率。然而，由于無線電話硬件中一些不良效應(yīng)，使得信道上保持適當(dāng)?shù)妮敵龉β首兊檬掷щy。例如，CDMA無線電話必須實(shí)現(xiàn)。工作在十分寬的動態(tài)范圍內(nèi)(80dB至90dB)的發(fā)射功率控制方案。在發(fā)送或接收AGC放大器中，任何“分貝值線性”的偏差都會導(dǎo)致在開環(huán)輸出功率電平誤差。此外，無線電設(shè)備中對收、發(fā)部分影響不同的增益變化(由諸如溫度或頻率等造成)將導(dǎo)致功率控制性能的誤差。
當(dāng)用較低質(zhì)量的元件來降低生產(chǎn)成本時或當(dāng)用較低功率元件來降低功率消耗時都會發(fā)生非線性誤差。結(jié)果，無線電話需要線性自動增益控制。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于無線電設(shè)備自動增益控制(AGC)的線性化數(shù)字控制裝置。無線電設(shè)備具有發(fā)送AGC放大器和接收AGC放大器。接收信號強(qiáng)度檢測器與接收AGC放大器耦合。這個檢測器根據(jù)接收到的信號產(chǎn)生數(shù)字功率電平信號。
積分器耦與接收信號強(qiáng)度檢測器耦合。積分器對數(shù)字功率電平信號求積分，以產(chǎn)生數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號，并假設(shè)該信號與所需接收增益調(diào)整在分貝值上呈線性關(guān)系。接收AGC線性化電路與積分器耦合。接收AGC線性化電路使線性數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號預(yù)失真，以補(bǔ)償AGC放大器對調(diào)節(jié)信號響應(yīng)的非線性。
接收數(shù)字-模擬變換器(DAC)與接收AGC線性化電路耦合。DAC把預(yù)失真接收調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬接收調(diào)節(jié)信號。此模擬信號耦連到接收AGC放大器以控制該放大器的增益。
在CDMA無線電話實(shí)施例中，發(fā)送AGC線性化電路與接收功率積分器耦合。與接收AGC線性化電路一樣，發(fā)送AGC線性化電路使來自積分器的線性發(fā)送調(diào)節(jié)信號預(yù)失真，以補(bǔ)償發(fā)送AGC放大器對增益調(diào)節(jié)信號響應(yīng)的非線性。
發(fā)送DAC與發(fā)送線性化電路耦合，而且把預(yù)失真發(fā)送調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號。此模擬信號耦連到發(fā)送AGC放大器以控制該放大器的增益。


下面結(jié)合附圖(其中，相同標(biāo)號表示相應(yīng)的元件)，詳細(xì)描述本發(fā)明的特性、目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出典型無線電話的方框圖。
圖2示出本發(fā)明的數(shù)字自動增益控制裝置。
圖3示出本發(fā)明的接信號強(qiáng)度指示器裝置的方框圖。
圖4示出本發(fā)明的可編程環(huán)路增益積分器。
圖5示出本發(fā)明的低噪聲放大器工作范圍控制裝置的方框圖。
圖6示出本發(fā)明的自動增益控制線性化電路裝置的方框圖。
圖7示出所需功率電平與AGC控制電壓關(guān)系的示例曲線。
圖8示出本發(fā)明的功率放大器工作范圍控制的方框圖。
圖9示出圖8的功率放大器工作范圍控制的優(yōu)先編碼器處理流程圖。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的無線電話的方框圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明的線性化數(shù)字AGC控制提供在RF環(huán)境中的精確的線性自動增益控制。本發(fā)明在較寬的動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行操作，因而數(shù)字和模擬類型無線電通信系統(tǒng)都能用。
如圖10所示，把接收到的RF信號輸入到接收機(jī)的LNA1015。LNA1015具有可選增益調(diào)整，以限制過強(qiáng)信號到達(dá)混頻器之前的動態(tài)范圍。由本發(fā)明的AGC控制處理來改變增益。
把來自LNA1015的放大信號輸入到RF-IF電路1035，以把它下變頻成中頻。在較佳實(shí)施例中，這種中頻是85MHz。
把IF信號輸入到帶通濾波器1045。如本技術(shù)所熟知，帶通濾波器1045濾除輸入IF信號中不在濾波器的通帶中的那部分。一般，要濾除的信號是來自不與本發(fā)明無線電設(shè)備通信的無線電發(fā)送源的干擾信號以及要給其它無線電話戶的信號。
把來自濾波器1045的信號輸入到接收AGC放大器1025。該放大器位于下變頻器1035之后，以在由帶通濾波器1045把干擾信號濾除之后調(diào)節(jié)增益。接收AGC放大器1025結(jié)合發(fā)送AGC放大器1030，執(zhí)行開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和補(bǔ)償?shù)瘸Ｒ?guī)CDMA AGC功能。由本發(fā)明的AGC控制處理對收、發(fā)AGC1025和1030進(jìn)行調(diào)節(jié)。
由于要求CDMA的接收和發(fā)送鏈路具有較寬的動態(tài)范圍，所以需要收發(fā)AGC1025和1030。在較佳實(shí)施例中，AGC具有大于80dB的增益范圍。
把來自接收AGC放大器1025的增益受控IF信號輸入到第二下變頻器1050。這個下變頻器1050把輸入信號變換成基帶(頻帶中心為0Hz)作為一組同相和正交信號(I&Q)，并以數(shù)字形式輸出它們。應(yīng)理解，可以在變換成基帶之前或之后進(jìn)行由下變頻器1050執(zhí)行的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換。CDMA工作模式的基帶信號是輸出后供進(jìn)一步解調(diào)和相關(guān)檢測的編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)I、Q采樣。在以FM和CDMA方式工作的雙模式接收機(jī)中，對下變頻器的1050的I、Q輸出進(jìn)行進(jìn)一步FM解調(diào)，以提供聲音信號輸出。
把I和Q基帶信號輸入到圖2所示接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)和對數(shù)放大器電路205。這個電路測量接收信號的功率電平。此外，由于AGC具有標(biāo)稱指數(shù)增益函數(shù)(即，分貝值線性；如果X伏的控制電壓變化產(chǎn)生YdB的增益變化，那么2X的變化將產(chǎn)生2YdB的增益變化)，所以本發(fā)明的積分器210的輸入必須是對數(shù)的，以便AGC環(huán)路的時間常數(shù)在增益范圍內(nèi)一致。因此，RSSI和對數(shù)放大器電路205的功能是產(chǎn)生對數(shù)RSSI值并減去所需信號電平分貝值。結(jié)果，對于大于所需的輸入對數(shù)放大器的輸出是正的，而對于小于所需的輸入對數(shù)放大器的輸出是負(fù)的。然后，這個誤差信號通到積分器210。
在圖3中詳細(xì)描述RSSI和對數(shù)放大器205。這個電路包括把I和Q基帶信號作為輸入的復(fù)接器305。時鐘信號使復(fù)接器305的輸出在I和Q輸入之間交替變化，從而所產(chǎn)生的RSSI值是I和Q分量的平均值。
由于CDMA信號是高斯信號，所以必須對許多采樣求I和Q基帶信號的幅度的平均值，以測量RSSI信號的功率。絕對值電路310和積分和轉(zhuǎn)儲抽取器低通濾波器315一起確定在預(yù)定時間間隔內(nèi)I和Q的平均幅度。在較佳實(shí)施例(對具有1.2288Mhz的碼片速率的美國CDMA無線電話)中，這種間隔是對64個采樣取平均的38.4KHz時鐘周期。在給每一64采樣群求完平均之后，38.4KHz時鐘把積分和轉(zhuǎn)儲抽取器低通濾波器315清除到零。由具有輸入到復(fù)接器305的時鐘頻率的兩倍頻率的時鐘控制積分和轉(zhuǎn)儲抽取器濾波器315。
用積分和轉(zhuǎn)儲抽取器濾波器315的輸出查找對數(shù)查詢表只讀存儲器(ROM)320。ROM查詢表320包括與RSSI和參考RSSI之差相對應(yīng)的值。參考RSSI是接收信號的系統(tǒng)所需功率電平。此外，調(diào)節(jié)存儲在ROM查詢表320中的值以提供對數(shù)響應(yīng)。
來自RSSI和對數(shù)放大器電路205的RSSI信號輸出為38.4千采樣/秒。在較佳實(shí)施例中，這個信號的范圍為±15dB，而且每一最低有效位遞增0.234dB。
應(yīng)注意，本發(fā)明的RSSI和對數(shù)放大器電路205的輸入動態(tài)范圍大于產(chǎn)生其輸入的A/D變換器的輸入動態(tài)范圍。本發(fā)明利用CDMA前向鏈路的高斯特性。對數(shù)ROM320不僅為工作范圍中心附近的輸入提供對數(shù)函數(shù)，而且還補(bǔ)償發(fā)生在該范圍任一端的高斯輸入殘缺。
把RSSI信號輸入到可編程環(huán)路增益積分器210。積分器210的輸出調(diào)整到一個值，以使接收AGC放大器輸出等于參考RSSI的信號電平。
圖4詳細(xì)示出本發(fā)明的可編程環(huán)路增益積分器210。積分器210包括把RSSI輸入與增益常數(shù)相乘的乘法器405。通過改變這個增益常數(shù)，可以改變整個AGC環(huán)路的時間常數(shù)以符合不同場合的要求。在較佳實(shí)施例中，當(dāng)制造無線電話或體現(xiàn)本發(fā)明的其它無線電設(shè)備時，把增益常數(shù)編入積分器中。
由實(shí)驗(yàn)來確定增益常數(shù)，而且依賴于RF電路的延遲。就環(huán)路帶通濾波器而言，盡可能把時間常數(shù)設(shè)置得快些。時間常數(shù)太慢意味著響應(yīng)太慢，然而時間常數(shù)太快會導(dǎo)致不良振蕩。
把從乘法器405得出的結(jié)果輸入到16位飽和累加器410。飽和累加器410把每個新的輸入采樣加到先前的輸出值上。然而，當(dāng)飽和累加器410的積分器產(chǎn)生進(jìn)位或借位時，該累加器“飽和”而不是“循環(huán)”。
為了控制發(fā)送AGC放大器，把來自積分器210的數(shù)據(jù)信號輸入到一階遞歸帶通濾波器215。在較佳實(shí)施例中，這個濾波器215具有26.7ms的時間常數(shù)。
在體現(xiàn)本發(fā)明的無線電設(shè)備中的微處理器在帶通濾波器215之前和之后讀取信號。在帶通濾波器215之前的信號通知微處理器正在控制發(fā)送AGC的AGC調(diào)節(jié)信號是什么。在帶通濾波器215之后的信號通知微處理器加在發(fā)送AGC上的增益調(diào)節(jié)信號是什么。
把帶通濾波器信號輸入到加法器270，它把這個信號與來自和無線電設(shè)備進(jìn)行通信的基站的閉環(huán)功率控制信號相加。閉環(huán)功率控制信號命令無線電設(shè)備根據(jù)在基站接收到的信號增加或減小它的功率輸出。把來自基站的環(huán)路功率控制命令輸入到閉環(huán)功率控制電路265以進(jìn)行處理。
在求和之前，由常數(shù)和符號延伸運(yùn)算部分260調(diào)節(jié)來自基站的功率控制命令。這種運(yùn)算部分調(diào)整來自閉環(huán)功率控制電路265的閉環(huán)功率控制命令，從而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂撇介L。對于美國CDMA無線電話，來自基站的每一功率控制位為±1dB。在較佳實(shí)施例中，這個常數(shù)是與12相乘的等價值，從而積分器210的輸出具有0.083dB/bit的權(quán)重。在其它實(shí)施例中，這個增益常數(shù)是可編程的，以增加靈活性。
把按比例調(diào)整后的功率控制命令和來自帶通濾波器的信號相加，并把結(jié)果輸入到功率限制控制器220。用這個功率限制器，通過跟蹤命令發(fā)送功率放大器增加多大的增益來保證發(fā)送功率放大器不會驅(qū)動得超出它的限制。
在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行制造的時候，測量發(fā)射功率放大器的最大允許輸出電平。功率限制控制器已知這個值。把產(chǎn)生最大輸出電平的增益設(shè)置存儲在功率限制控制電路中，或者由微處理器通過軟件PA限制控制線寫入其中。
在某種情況下，諸如當(dāng)無線電設(shè)備在障礙物之后，基站可以把多個命令發(fā)送到無線電設(shè)備，以命令它增加發(fā)射功率。當(dāng)基站向無線電設(shè)備發(fā)出功率“升高”命令到，功率放大器的輸出達(dá)最大值時，功率限制控制命令閉環(huán)功率控制忽略任何功率“升高”命令。這防止功率放大器被驅(qū)動得超出最大允許電平，從而防止發(fā)送信號的失真。閉環(huán)功率控制還按照常規(guī)處理功率“降低”控制命令。
把來自功率限制控制220的信號輸入到發(fā)送線性化電路225。發(fā)送線性化電路225補(bǔ)償發(fā)送AGC放大器對調(diào)節(jié)信號響應(yīng)的非線性。此非線性會助長發(fā)送機(jī)輸出功率電平誤差。假設(shè)10位輸入字體現(xiàn)所需的輸出功率電平，線性化電路225為發(fā)送AGC產(chǎn)生9位輸出控制字(就是對產(chǎn)生所需輸出功率電平的輸入的最佳近似。
在圖6中詳細(xì)描述發(fā)送線性化電路225。它起到查詢表的作用。但是由于直接實(shí)現(xiàn)需要1024項(xiàng)，所以較佳實(shí)施例運(yùn)用兩個小型查詢表和線性插值。這簡化電路并減少無線電設(shè)備必須存儲的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)量。線性化電路225包括兩個隨機(jī)存取存儲器(RAM)查詢表。一個表存儲斜率值(610)，而另一個查詢表存儲偏置補(bǔ)償值(605)。用輸入發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號的四個最高有效位來查找RAM表605和610。以16×8格式來組成兩個RAM表605和610。
圖7示出對于RAM查詢表的運(yùn)用。x軸表示所需功率，y軸表示AGC控制電壓。在所需功率軸上的段710是由輸入字的4個最高有效位(MSB)識別的。相應(yīng)的輸出段715具有由輸入字的4個MSB的在兩個RAM中選擇的斜率值和補(bǔ)償值。
把來自斜率查詢表的斜率數(shù)據(jù)與6個LSB相乘，以產(chǎn)生9位字。把這個結(jié)果加到來自補(bǔ)償值查詢表的8位補(bǔ)償數(shù)據(jù)上以產(chǎn)生9位輸出。
把來自發(fā)送線性化電路的數(shù)據(jù)信號輸入到脈沖密度調(diào)制(PDM)DAC230。DAC230把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號以供本發(fā)明的發(fā)送AGC放大器的控制輸入使用(如圖2所示)。在較佳實(shí)施例中，由9.8304MHz時鐘控制DAC230。
此外，還把來自功率限制控制220的數(shù)據(jù)信號輸入到功率放大器工作范圍控制器250。功率放大器工作范圍控制器250是一組與具有遲后量的優(yōu)先編碼器連接的六個比較器。把發(fā)送AGC調(diào)節(jié)電平與不同功率電平相比較，以把發(fā)射功率放大器設(shè)為四個不同的輸出功率范圍。功率放大器工作范圍控制器按2位輸出信號進(jìn)行編碼，功率放大器可以用該信號選擇例如適當(dāng)?shù)钠?。另一方面，可以用工作范圍控制器的輸出在多個分別對有限工作范圍優(yōu)化的功率放大器之間進(jìn)行選擇。
如圖8所示的功率放大器工作范圍控制器包括六個寄存器801-806，其中微處理器把發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號所需的上升和下降門限寫入寄存器。例如，如果需要發(fā)射功率放大器工作范圍的輸出信號在18dBm左右轉(zhuǎn)換，那么可以把上升門限設(shè)為19dBm，把下降門限設(shè)為17dBm，提供2dB的遲后量。
在較佳實(shí)施例中，把輸入發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號與這些門限相比較，當(dāng)調(diào)節(jié)信號大于被比較的門限時，比較器820-825輸出邏輯“1”。然后，優(yōu)先編碼器830把這些比較結(jié)果編碼成2位功率放大器控制字。
在簡單的優(yōu)先編碼器中，不用遲后量，所以只需要用三個比較器來限定四個范圍。如果輸入≥門限3，那么輸出是邏輯11；如果輸入≥門限2且輸入＜門限3，那么輸出是邏輯10；如果輸入≥門限1且輸入＜門限2，那么輸出是邏輯01，而如果輸入＜門限1，那么輸出是邏輯00。
本發(fā)明的優(yōu)先編碼器運(yùn)用遲后量，即，每個邏輯輸出狀態(tài)依據(jù)先前狀態(tài)對應(yīng)于不同的輸入門限。具體地說，從較低狀態(tài)躍遷到較高狀態(tài)的兩個狀態(tài)之間的門限高于從較高狀態(tài)躍遷到較低狀態(tài)的門限。當(dāng)輸入十分接近于狀態(tài)門限時，這種遲后量有助于降低狀態(tài)躍遷的頻率。
圖9示出本發(fā)明的優(yōu)先編碼器的處理流程圖。處理過程把發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號與上升寄存器3相比較(905)。如果比較器輸出邏輯1，把優(yōu)先編碼器的輸出設(shè)為邏輯11，這表示發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號大于最大門限。如果不輸出邏輯1，那么檢測下降寄存器3的比較(910)。如果這個比較器輸出邏輯1，而且優(yōu)先編碼器的輸出已經(jīng)處于邏輯11狀態(tài)(915)，那么狀態(tài)保持為11。如果優(yōu)先編碼器不處于邏輯11狀態(tài)中，那么把輸出設(shè)為邏輯10狀態(tài)。這表示把發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號設(shè)在受寄存器對2和3約束的功率。
如果下降寄存器3的比較不處于邏輯1狀態(tài)，那么這表示發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號不處于設(shè)置在寄存器3的高功率電平。在這種情況下，檢測上升寄存器2的比較(920)。如果該比較器處于邏輯1狀態(tài)，把優(yōu)先編碼器的輸出設(shè)為邏輯10狀態(tài)。如果該比較器不處于邏輯1狀態(tài)，檢測下降寄存器2的比較(925)。如果該比較器處于邏輯1狀態(tài)而且優(yōu)先編碼器的狀態(tài)小于邏輯10，那么把優(yōu)先編碼器的輸出設(shè)為邏輯01狀態(tài)，這表示發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號落在由寄存器對1和2設(shè)定的范圍內(nèi)。如果不是處于邏輯1的狀態(tài)，那么把輸出設(shè)為邏輯10狀態(tài)。
如果下降寄存器2的比較器不處于邏輯1狀態(tài)，那么發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號小于在寄存器2中設(shè)定的功率電平。在這種情況下，檢測上升寄存器1的比較(935)。如果該比較器處于邏輯1狀態(tài)，那么把優(yōu)先編碼器的輸出設(shè)為邏輯01狀態(tài)。這表示發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號落在由寄存器對1和2設(shè)定的范圍內(nèi)。
如果該比較器不處于邏輯1狀態(tài)，那么檢測下降寄存器1的比較(940)。如果該比較器處于邏輯1狀態(tài)而且優(yōu)先編碼器的狀態(tài)是邏輯00(945)，那么優(yōu)先編碼器的輸出保持邏輯00狀態(tài)。如果優(yōu)先編碼器的狀態(tài)不處于00狀態(tài)，把輸出設(shè)為邏輯01狀態(tài)。如果下降寄存器1的比較器不處于邏輯1狀態(tài)，那么把優(yōu)先編碼器的輸出設(shè)為邏輯00狀態(tài)，它表示發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號范圍落在最小功率和由第一寄存器對設(shè)定的功率之間。
當(dāng)功率放大器從一個功率范圍改變到另一個功率范圍時，通過RF電路的延遲會改變(例如，如果每個范圍采用獨(dú)立的放大器)。這種延遲的變動導(dǎo)致在某段時間內(nèi)僅其它無線電路能容許的相移。由于這個原因，由在4.8KHz下運(yùn)行的Walsh碼元時鐘控制如圖8所示的優(yōu)先編碼器。這使得功率放大器控制字可只在相位變化不影響無線電設(shè)備誤碼率時(即，在Walsh碼元邊界)進(jìn)行改變。
此外，把來自功率限制控制器220的數(shù)據(jù)信號也輸入到一階遞歸低通濾波器255。在較佳實(shí)施例中具有204μs的時間常數(shù)的低通濾波器255(其延遲選擇得與PDM DAC和外部DAC濾波器的延遲非常貼近)，濾除發(fā)送AGC調(diào)節(jié)信號并使微處理器可讀取發(fā)送AGC的增益調(diào)節(jié)輸入端發(fā)生的狀態(tài)。
微處理器還可以任意選擇讀取應(yīng)用適當(dāng)外部電路的功率放大器的功率電平。根據(jù)低通濾波器255的輸出，把這個功率電平與所需功率電平相比較，因而確定與所需發(fā)射功率電平相關(guān)的功率放大器的誤差。因此，微處理器可以重校準(zhǔn)發(fā)送機(jī)的細(xì)小誤差。對于設(shè)定功率限制控制220，這種自校準(zhǔn)是特別重要的。
再參照圖2的接收部分。還把來自環(huán)路增益積分器210的數(shù)據(jù)信號輸入到LNA工作范圍控制電路235。這個電路235控制LNA的增益以改進(jìn)接收機(jī)的動態(tài)范圍。雖然AGC放大器提供大部分的無線電設(shè)備增益調(diào)節(jié)范圍，但是在某些情況下，還使LNA的增益可調(diào)節(jié)也是十分有利的。
雖然很清楚，如果需要連續(xù)可調(diào)節(jié)LNA增益，那么LNA可以與AGC放大器共享控制信號，但限制LNA調(diào)整兩檔增益。通過把一個控制位設(shè)為邏輯“1”或邏輯“0”，LNA工作范圍控制可以選擇兩個增益電平中的一個。
當(dāng)所需的接收機(jī)增益超過編排的值時，圖5中較詳細(xì)示出的LNA工作范圍控制電路235起到把LNA設(shè)為高增益的作用，而且當(dāng)所需接收機(jī)增益低于該值時，把LNA設(shè)為低增益(也具有遲后量)。此外，如果同時調(diào)節(jié)AGC放大器的控制信號以補(bǔ)償LNA增益的變化，該控制電路隨時切換LNA增益。
上述控制電路235包括具有兩個作為輸入的微處理器寫入寄存器作為輸入的復(fù)接器505。一個寄存器寄存接收AGC增益調(diào)節(jié)信號下降門限，而另一個寄存上升門限。一般，把上升門限設(shè)為高出下降門限幾個dB，以提供遲后量，從而減少輸入接近于門限時發(fā)生躍遷的次數(shù)。
把復(fù)接器505的輸出輸入到比較器510的一個輸入端。把比較器510的另一個輸入端與接收AGC增益調(diào)節(jié)信號相連。如果AGC增益調(diào)節(jié)信號大于輸入門限，那么比較器510把邏輯“1”輸出到D觸發(fā)器515。
D觸發(fā)器515按比較的結(jié)果進(jìn)行鎖存。由于在較佳實(shí)施例中，由38.4KHz時鐘控制觸發(fā)器515，所以用該時鐘速率更新D觸發(fā)器515的輸出。
把D觸發(fā)器515的輸出耦連到輸入復(fù)接器505的控制輸入端，以在不同門限之間進(jìn)行選擇，因此使得比較器把一個門限用于上升信號，而把另一個門限用于下降信號(提供遲后量)。把D觸發(fā)器515的輸出耦連到補(bǔ)償復(fù)接器520的控制輸入端和PDM跟隨器525。
根據(jù)來自D觸發(fā)器515的控制輸入，補(bǔ)償復(fù)接器520輸出0補(bǔ)償或由微處理器設(shè)定的補(bǔ)償。從接收AGC調(diào)節(jié)信號中減去該補(bǔ)償值，并把差輸入到接收AGC線性化電路。這使微處理器可通過把適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償值寫入偏置寄存器，以在AGC處補(bǔ)償由LNA施加的增益。這帶來LNA和AGC放大器的組合增益變化順暢，沒有中斷(除不可避免的短暫躍遷尖峰(外))。
由PDM跟隨器525使D觸發(fā)器延遲與PDM DAC和它的輸出濾波器的延遲大致相同的時間(在較佳實(shí)施例中是52μs)。這種延遲有助于通過使LNA和AGC放大器的增益變化盡可能同步抑制躍遷尖峰?！爱惢颉?XOR)門530控制輸出極性。如果要變換LNA工作范圍控制位的極性，微處理器把邏輯1寫入極性控制輸入端。如果微處理器把邏輯0寫入極性控制輸入端，那么允許工作范圍控制位通過XOR門530。這使得可借助有效高、低增益放大控制引腳使用LNA電路。
微處理器也任意選擇讀取XOR門530的輸出。這使微處理器能監(jiān)視電路的操作。
本發(fā)明的接收線性化電路240以與上述發(fā)送線性化電路225相同的方法進(jìn)行操作。圖6示出接收和發(fā)送線性化電路240和225。
把接收線性化電路240的輸出輸入到PDM DAC245，以把它從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。在較佳實(shí)施例中，和發(fā)送DAC230一樣，用9.8304MHz時鐘控制該DAC245。把模擬接收AGC調(diào)節(jié)信號輸入到接收AGC的控制端口。
用上文所述方法，本發(fā)明的數(shù)字AGC裝置提供對于接收和發(fā)送AGC放大器的線性數(shù)字自動增益控制。此外，本發(fā)明還提供對于LNA和UHF發(fā)射功率放大器的工作范圍控制。
提供較佳實(shí)施例的上述說明，以使熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員能夠運(yùn)用本發(fā)明。對于熟悉該技術(shù)的人員來說，這些實(shí)施例的各種變更都是顯而易見的，而且這里所闡述的一般原理可用于其它實(shí)施例，而不用任何發(fā)明創(chuàng)造。因此，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，而是符合與這里所述的原理以及新穎性相一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種在具有發(fā)送AGC放大器和接收AGC放大器的無線電設(shè)備中用于的自動增益控制(AGC)的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，所述裝置包括耦連到接收AGC放大器的接收信號強(qiáng)度檢測器，用于根據(jù)接收信號產(chǎn)生數(shù)字功率電平信號；耦連到所述接收信號強(qiáng)度檢測器的積分器，用于產(chǎn)生數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號；耦連到所述積分器的接收線性化電路，用于使所述接收AGC調(diào)節(jié)信號預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真接收調(diào)節(jié)信號；耦連到所述接收線性化電路的接收數(shù)字-模擬變換器，用于把所述預(yù)失真接收調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬接收調(diào)節(jié)信號，所述模擬接收調(diào)節(jié)信號控制所述接收AGC放大器的所述增益；耦連到所述積分器的發(fā)送線性化電路，用于產(chǎn)生預(yù)失真發(fā)送調(diào)節(jié)信號；耦連到所述發(fā)送線性化電路的發(fā)送數(shù)字-模擬變換器，用于把所述預(yù)失真發(fā)送調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號，所述模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號控制所述發(fā)送AGC放大器的所述增益。
2.如權(quán)利要求1所述的線性化電路數(shù)字控制裝置，其特征在于，還包括閉環(huán)功率控制電路，用于接收發(fā)射功率控制命令；加法器，具有耦連到所述閉環(huán)功率控制電路的第一輸入、耦連到所述積分器的第二輸入和耦連到所述發(fā)送線性化電路的輸出，所述加法器把接收數(shù)字功率控制信號與所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號相加。
3.如權(quán)利要求2所述的線性化電路數(shù)字控制裝置，其特征在于，還包括耦連到所述閉環(huán)功率控制電路的輸入的發(fā)射功率限制控制器，所述發(fā)射功率限制控制器把所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號限制在最大增益調(diào)節(jié)上。
4.如權(quán)利要求1所述的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，還包括耦連到所述發(fā)送AGC放大器的輸出的功率放大器，和耦連所述接收AGC放大器的輸入的低噪聲放大器。
5.如權(quán)利要求4所述的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，還包括耦連到所述積分器和所述功率放大器的控制輸入的功率放大器工作范圍控制器，用于產(chǎn)生功率放大器增益控制信號。
6.如權(quán)利要求4所述的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，還包括耦連到所述積分器和所述低噪聲放大器的控制輸入的低噪聲放大器工作范圍控制器，用于產(chǎn)生低噪聲4放大器增益控制信號。
7.如權(quán)利要求1所述的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，把所述積分器2通過一階遞歸低通濾波器耦連到所述發(fā)送線性化電路上。
8.如權(quán)利要求2所述的線性化數(shù)字控制裝置其特征在于，用預(yù)定常數(shù)按比例調(diào)整所述接收數(shù)字功率控制信號。
9.如權(quán)利要求1所述的線性化數(shù)字控制裝置，其特征在于，所述數(shù)字功率電平信號具有對數(shù)響應(yīng)。
10.一種在具有發(fā)送AGC放大器和接收AGC放大器的無線電設(shè)備中用于自動增益控制(AGC)的線性化數(shù)字控制裝置，所述發(fā)送AGC放大器連接功率放大器，所述接收AGC放大器通過帶通濾波器連接低噪聲放大器，其特征在于，所述裝置包括耦連到所述接收AGC放大器的接收信號強(qiáng)度檢測器，用于根據(jù)接收信號產(chǎn)生數(shù)字功率電平信號，調(diào)節(jié)所述數(shù)字功率電平信號以提供對數(shù)響應(yīng)；耦連到所述接收信號強(qiáng)度檢測器的積分器，用于產(chǎn)生數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號；耦連到所述積分器的濾波器，用于濾除所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號；耦連到所述積分器和所述所述低噪聲放大器的低噪聲放大器增益控制器，用于調(diào)節(jié)所述低噪聲放大器的所述增益；耦連到所述低噪聲放大器增益控制器的接收線性化電路，用于使所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真接收調(diào)節(jié)信號；耦連到所述接收線性化電路的接收數(shù)字-模擬變換器，用于把所述預(yù)失真接收調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬接收調(diào)節(jié)信號，所述模擬接收調(diào)節(jié)信號控制所述接收AGC放大器的所述增益；耦連到所述濾波器的發(fā)射功率限制電路，用于把所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號限制在最大增益調(diào)節(jié)上；耦連到所述積分器的發(fā)送線性化電路，用于產(chǎn)生所述預(yù)失真發(fā)送調(diào)節(jié)信號；耦連到所述發(fā)送線性化電路的發(fā)送數(shù)字-模擬變換器，用于把所述預(yù)失真發(fā)送調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號，所述模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號控制所述發(fā)送AGC放大器的所述增益。
11.一種具有發(fā)送AGC放大器和接收AGC放大器的無線電設(shè)備中的線性化數(shù)字自動增益控制(AGC)方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟所述無線電設(shè)備接收信號；根據(jù)接收信號產(chǎn)生數(shù)字功率電平信號；對所述數(shù)字功率電平信號求積分以產(chǎn)生數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號；使所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真數(shù)字接收調(diào)節(jié)信號；把所述預(yù)失真數(shù)字接收調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬接收調(diào)節(jié)信號，所述模擬接收調(diào)節(jié)信號控制所述接收AGC放大器的所述增益；使所述數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號預(yù)失真以產(chǎn)生預(yù)失真數(shù)字發(fā)送調(diào)節(jié)信號；把所述預(yù)失真數(shù)字發(fā)送調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號，所述模擬發(fā)送調(diào)節(jié)信號控制所述發(fā)送AGC放大器的所述增益。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟，把所述預(yù)失真數(shù)字發(fā)送調(diào)節(jié)信號限制在最大增益調(diào)節(jié)上。
全文摘要
本發(fā)明提供無線電設(shè)備中的線性數(shù)字自動增益控制(AGC)。對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)以提供I和Q數(shù)字基帶信號。根據(jù)這些信號確定接收信號強(qiáng)度指示,而且調(diào)節(jié)所得的數(shù)字信號以提供對數(shù)響應(yīng)(205)。然后,對這個信號求積分(210)以提供數(shù)字接收AGC調(diào)節(jié)信號。發(fā)送AGC調(diào)節(jié),則濾除數(shù)字接收AGC調(diào)節(jié)信號(215),然后把它與按比例調(diào)整(206)后的閉環(huán)功率控制命令(265)相加。如果閉環(huán)功率控制命令(265)導(dǎo)致發(fā)射增益的增加超過放大器的最大設(shè)計(jì)輸出,那么忽略這些命令(220)。使數(shù)字AGC調(diào)節(jié)信號在數(shù)字－模擬變換(23)和(245)之前預(yù)失真的發(fā)送和接收線性化電路(225)和(240)分別使發(fā)送和接收AGC放大器的輸出線性化。
文檔編號H03F1/32GK1200848SQ96197885
公開日1998年12月2日 申請日期1996年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月15日
發(fā)明者納撒內(nèi)爾·B·威爾遜 申請人:夸爾柯姆股份有限公司