Protel课程设计----AGC自动增益控制电路(DOC)

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：周鹏工作单位：信息工程学院

题目: AGC自动增益控制电路protel设计

初始条件：

1.模拟电子线路、数字电子线路等基础知识。

2.PROTEL软件操作。

要求完成的主要任务:

1.绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电路系统。

2.绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb并对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf数据）并说明是否达到设计意图。

时间安排：

第17、18周：理论设计与仿真；

地点：鉴主13通信工程专业实验室；

第19周：撰写实习设计报告及答辩；

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要 (3)

Abstract (4)

1 AGC电路原理 (5)

1.1 AGC的工作原理 (5)

1.1.1 AGC的作用 (5)

1.1.2 AGC各单元电路的功能与基本工作原理 (5)

1.2 AGC的工作过程 (6)

1.3 AGC的控制特性 (7)

1.3.1动态范围 (7)

1.3.2响应时间 (8)

1.4增益控制电路 (8)

2 AGC电路设计 (9)

2.1信号缓冲输入级电路 (10)

2.2 直流耦合互补级联电路 (10)

2.3 倍压整流与反馈电路 (11)

2.4总体电路设计 (12)

3 Protel软件设计 (13)

3.1 protel软件介绍 (13)

3.2 原理图设计 (13)

3.3 编译原理图 (14)

3.4 PCB板布局布线 (15)

3.5铺地 (16)

4 Protel 对原理图进行仿真 (18)

5 LD耦合电路Protel设计 (20)

6 综合总结 (24)

参考文献 (25)

摘要

Protel是澳大利亚Protel Technology公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。

Protel是目前国内流行的通用EDA软件，它是将电路原理图计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA 软件设计成基于Windows的普及型产品。

本次课程设计运用所学电子电路的设计知识设计具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图，利用Protel99 SE软件绘制其电路图，对电路图进行仿真测试并制作相应的PCB 板。从而熟悉Protel的基本操作，加强自己的动手能力。

本次设计的电路为AGC自动增益控制电路protel设计

关键词：Protel AGC自动增益PCB

Abstract

Protel is Australia's Protel Technology Inc. Over the past 10 years, is committed to the development of the latest Windows platform, crystallization, to realize the concept of design to the electrical output from the physical production data, as well as between all of this, validation and design data management. Therefore today's Protel latest product is not a simple PCB (printed circuit board) design tool, but a system tool, covering to the core of the physical PCB design. The latest version of the Protel software can read without hindrance Orcad, Pads, Accel (PCAD) leading EDA companies such as design documents, so that users a smooth transition to the new EDA platform.

Protel is currently a popular general-purpose EDA software, it is the circuit diagram of dollars, PCB board plan design, circuit simulation and a number of practical tools for PLD design software combination constitute the EDA platforms, is the first EDA software designed the popularity of Windows-based products.

Design and implantation of this program have learned the design of electronic circuit design Juyouyiding Gui Mo Zhi Shi, a certain complexity of Chengdu in the circuit schematics, using Protel99 SE software draw the circuit, right circuit diagram to the corresponding simulation test and make the PCB board. So familiar with the basic operation of Protel, strengthen their practical ability.

The design of the circuit for AGC automatic gain control

Key words: Protel AGC automatic gain control PCB

1 AGC电路原理

自动增益控制（AGC）电路是无线电接收设备中的重要电路，用来保证接收幅度的稳定。自动增益控制（AGC）电路的作用是能根据输入信号的电压的大小，自动调整放大器的增益，使得放大器的输出电压在一定范围内变化。它一般由电平检测器（峰值检波电路）、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器和可控增益放大器组成。其中可控增益放大器是实现增益控制的关键。

1.1 AGC的工作原理

1.1.1 AGC的作用

自动增益控制电路的作用，是在输入信号幅度变化很大的情况下，自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。可以看成由反馈控制器和（控制）对象两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器和控制电压产生器组成，被控对象是可控增益放大器。可控增益放大器的输入信号就是AGC 电路的输入信号.

1.1.2 AGC各单元电路的功能与基本工作原理

1）电平检测器

电平检测器的功能是检测出输出信号的电平值，通常由振幅检波器实现，它的输出与输入信号电平成线性关系，其输出电压为。

2）低通滤波器

环路中的低通滤波器具有非常重要的作用。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度的变化是自动增益控制电路需要进行控制的范围，这些变化比较缓慢，而当输入为调幅信号时，调幅波的幅值变化是传递信息的有用幅值变化．这种变化不应被自动增益控制电路的控制作用减弱或抵消（此现象称为反调制），由于两类信号的变化频率不同，就可以恰当选择环路的频率响应特性，适当地选择低通滤波器的传输特性，使环路对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而对低于这一频率的缓慢变化具有抑制作用。

3）直流放大器

直流放大器将低通滤波器输出的电平值进行放大后送至电压比较器，由于电平检测器输出的电平信号的变化频率很低，例如几赫左右，所以一般均采用直流放大器进行放大。

4）控制电压产生器

控制电压产生器的功能是将误差电压变换为适合可变增益放大器需要的控制电压

，这种变换可以是幅度的放大或电压极性的变换。

5）可控增益放大器可控增益放大器的功能是在控制电压作用下能够改变放大器的增益。

1.2 AGC的工作过程

自动增益控制电路是一个反馈控制系统，其工作过程如下：

1）当输入信号较小时，输出信号的幅度也较小，经电平检测器、低通滤波器、直流放大器的输出信号加到电压比较器上的电压也比较小。在许多实际应用场合，

往往规定必须大于或等于，而当＜时，不能改变比较器的输出电压，也就不

可能产生控制电压去控制可控增益放大器的增益，相当于此时自动增益控制环路不工作。也就是说，当＜时，＝＝0，在这种情况下，称为比较器的门限电压。

2）当输入信号振幅增大使输出信号的振幅增大时，相应的直流放大器输出电压

也增大，当大于或等于基准电压，即当≥时，比较器的输出误差电压将改变，控制电压将随之改变，并控制可控增益放大器的增益，此时环路启动，可控增益放大器的增益随输出信号的增大而降低，从而使输出信号减小；反之，当输入电压减小使输出

电压减小时，环路产生的控制信号将使可控增益放大器的增益增加。可见，通过环路的控制作用，无论输入电压增加或减小，输出信号电平仅在较小的范围内变化，从而保持在输入信号变化的情况下输出信号基本稳定，达到自动增益控制（AGC）或自动电平控制（ALC）的目的。

1.3 AGC的控制特性

自动增益控制电路（AGC）有简单AGC电路和延迟AGC电路，要求稍高一点接收机都要求有延迟AGC。AGC电路的主要性能指标有两个，一是动态范围；二是响应时间。

1.3.1动态范围

在给定输出信号幅值变化的范围内，容许输入信号振幅的变化越大，则表明AGC电路的动态范围越宽，性能越好。

AGC电路的输入动态范围

（1-1）AGC电路的输出动态范围

（1-2）AGC电路的动态范围就是输入动态范围与输出动态范围之比，也称为放大器的增益控制倍数，用表示

（1-3）

（1-4）其中，为放大器的最大电压增益，它一般发生在输入信号为最小时；

为放大器的最小电压增益，一般发生在输入信号为最大时。

可见，要扩大AGC电路的控制范围，就要增大AGC电路的增益控制倍数，也就是要求AGC电路有较大的增益变化范围。增加AGC电路控制的级数可以扩大AGC电路的控制范围。

1.3.2响应时间

由于AGC电路是用来对信号电平变化进行控制的闭环控制系统，因此，要求AGC 电路的动作必须跟得上电平变化的速度。响应时间短，自然就能够迅速跟上输入信号电平的变化。但是当响应时间过短时，AGC电路将随着信号的本身变化而变化（也就是AGC 电路的动作随调制信号的规律而变化），这将对有用信号产生反调制作用，从而将导致信号的失真。因此，需要根据信号的性质和需要，设计适当的响应时间。可采用调节环路带宽，主要是调节低通滤波器的带。

1.4增益控制电路

增益控制电路即控制对象通常是一个可变增益放大器。控制放大器增益的方法主要有两类，一类是控制放大器本身的某些参数来控制放大器的增益；另一类是在放大器级间插入可控衰减器。

利用控制放大器本身的参数改变增益的方法有多种形式：

1）改变发射极平均电流

晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳，而又与晶体管工作点有关，

改变发射极平均电流（或集电极平均电流），就可以使随之改变，从而达到控制放大器增益的目的。

对于反向AGC，要求随着输入信号的增强，使放大器工作点电流下降，导致放大器增益降低；对于正向AGC，则要求随着输入信号的增强，使放大器工作点电流上升，导致放大器增益降低。

2）改变放大器的负载

由于放大器的增益与负载有关，调节也可以实现对放大器增益的控制。例如广播收音机中常采用变阻二极管（或称阻尼二极管）作为混频级或中频放大级集电极LC回路的一部分，随着外加控制电压的增加，使阻尼二极管从反向偏置逐渐变为正向偏置，导极二极管动态电导增大从而使回路有效值降低，促使放大器增益显著降低。

3）差分放大器增益控制电路

在集成电路放大器中，常采用差分放大器电路形式，其增益控制一般采用改变电流比、改变恒流源电流，或改变发射极负反馈深度的方法来实现。

2 AGC电路设计

AGC电路主要由输入前级、中间直流互补级联放级、倍压整流电路、反馈网络组成。其中反馈网络跨在直流互补耦合级联放大级的前端与输出级的前端之间，使信号自动衰减为一定的值（小幅波动），实现自动增益控制。

图1 自动增益控制电路框图

2.1信号缓冲输入级电路

图2 信号缓冲输入级电路

2.2 直流耦合互补级联电路

输入信号VIN 驱动输入缓冲极Q1，中间互补级联放大电路Q2、Q3提供大部分电压增益，通过负反馈网络回到放大级的输入端。Q6构成衰减器的可变电阻部分，D1、D2构成一个倍压整流器。它从输出级Q4提取信号的一部分并为Q5生成控制电压，这种构

信号范围：0.5～50mVrms 信号范围： 0.5～1.5Vrms 输入信号 输入缓冲级级 放大级，提供大部分增益 输出信号 放大级前端 反馈网络

置可以容纳非对称信号波形的两极性的大峰值振幅。电阻R15决定AGC的开始时间，电阻R17决定AGC的释放时间。

图2 直流耦合互补级联电路

2.3 倍压整流与反馈电路

电路工作中，当二极管D3导通，D4 截止，电流经过D3 对电路中的电容充电，将电容C11上的电压充到接近加在D3上电压的峰值，并基本保持不变；当加在C11上的电压反向时，二极管D4导通，D3截止，此时，加在C11上的反向电压继续通过D4对电容C11充电，充电电压峰值为加在D4两端的电压峰值。

如此反复充电，C11上的电压就基本上就维持在加在D3、D4上的交流电压峰值两倍，达到倍压效果。

图3 倍压整流与反馈电2.4总体电路设计

图4 AGC总电路

3 Protel软件设计

3.1 protel软件介绍

ROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有客户/服务器体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在PCB部分，除了Protel2004中的多通道复制；实时的、阻抗控制布线功能；SitusTM自动布线器等新功能以外，Altium Designer 6.0还着重在：差分对布线，FPGA器件差分对管脚的动态分配，PCB和FPGA之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果。还有PCB文件切片，PCB多个器件集体操作，在PCB文件中支持多国语言（中文、英文、德文、法文、日文），任意字体和大小的汉字字符输入，光标跟随在线信息显示功能，光标点可选器件列表，复杂BGA 器件的多层自动扇出，提供了对高密度封装（如BGA）的交互布线功能，总线布线功能，器件精确移动，快速铺铜等功能。

3.2 原理图设计

先设计好删格大小，图纸大小，选择公制，加好库元件。按电路功能模块画好图，

元件，和线的画法应让人很容易看清楚原理。尽量均匀，美观，元件里面不要走线，注意不要在管脚中间走线，因为这样是没电器连接关系的。最好不要让两个元件管脚直接相连，画完后可以自动编号（特殊要求例外），然后加上对应标称值，最好把标称值改为红色，粗体，这样可以和标号区分开。最好把标号和标称值放在合适位置，一般左边为标号，右边为标称值，或上面为标号，下面没标称值。过程中习惯性保存！

首先保证原理图是完全正确的，进行ERC检查无错，然后打印核对。其次最好能搞清楚电路原理，对高低压；大小电流；模拟，数字；大小信号；大小功率分块，以便在后面布局时方便。

图5 原理图设计

3.3 编译原理图

对绘制好的原理图进行电气规则检查的设置，对原理图进行编译，查找并修正错误，根据需要生成各种报表，例如网络表、元件报表等。编译没有错误则可更新PCB。

图6 更新PCB

3.4 PCB板布局布线

在印制板布线时，应先确定元器件在板上的位置，然后布地线，电源线。在安排高速信号线，最好考虑低速信号线。元气件的位置按电源电压，数字模拟，速度快慢，电流大小等分组。安全的条件下，电源线应尽量靠近地。减小差摸辐射的环面积，也有助于减小电路的交扰。当需要在电路板上布置快速，中速，低速逻辑电路时，高速的应放在靠近边缘连接器范围内，而低速逻辑和存储器，应放在远离连接器范围内。这样对共阻抗偶合，辐射和交扰的减小都是有利的。接地最重要的了，调用网络表，调入元件，修改部分焊盘大小，设置好布线规则，可以改变标号的大小，粗细，隐藏标称值。然后先把需要特殊位置的元件放好并琐定，然后根据功能模块布局。之后进行手动布线或者手动布线，

一般情况下，二者要配合使用，使布线更加合理。

图7 生成PCB板

从图纸中可以看出导线分为两种颜色，系统默认上层板的布线为红线，底层线的布线为蓝色。

3.5铺地

将设计工作区的板层标签上由KeepOutLayer转至TopLayer，再选择工具栏上的按钮，在会弹出的对话框中Connect to Net中选择GND,点击OK，鼠标将变成光标，用光标将边框在画一遍，则会得到如图8所示的PCB的顶层，同样的操作转至BottomLayer得

到如图9所示的PCB底层，这样就完成了一个从原理图到印刷电路板的设计。

图8 PCB的顶层

图9 PCB的底层

4 Protel 对原理图进行仿真

加载仿真库，在原理图中添加信源，执行Design菜单下的simulate选项进行仿真，得到AGC自动增益控制电路仿真结果如下：

1）输入100khz 振幅50MV的正弦信号

图10 仿真波形

2）输入100khz 振幅为30MV的正弦信号

图11 仿真波形

通过多组不同输入信号的仿真结果分析，该电路能实现AGC自动增益控制功能，电

路设计正确

5 LD耦合电路Protel设计

图12 LD耦合电路模拟部分原理图