基于FPGA的超聲波氣體流量計(jì)中AGC的實(shí)現(xiàn)

摘要：為能充分利用數(shù)字技術(shù)可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將自動(dòng)增益控制AGC引入數(shù)字域，并針對(duì)超聲波氣體流量計(jì)中接收信號(hào)的特點(diǎn)，給出一種基于EPlK30TCl44-3的全數(shù)字AGC設(shè)計(jì)方案。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)40 dB動(dòng)態(tài)范圍的控制，且具有控制精度高、調(diào)節(jié)速度快、受環(huán)境影響小，穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：超聲波氣體流量計(jì)；自動(dòng)增益控制(AGC)；FPGA；EPlK30TCl44-3

1 引言
超聲波流量計(jì)是一種新興的工業(yè)產(chǎn)品，具有無(wú)阻擋體，無(wú)可動(dòng)件，無(wú)壓損，無(wú)示值漂移，適用于大口徑管道測(cè)量，測(cè)量精確度高，重復(fù)性強(qiáng)，量程比寬，可承受工作壓力高，可測(cè)多相流，不受氣體溫度、壓力、組成等變化的影響、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信等優(yōu)點(diǎn)。為減小甚至避免流速分布對(duì)流量計(jì)精度帶來(lái)的影響，超聲波流量計(jì)采用多聲道超聲波的測(cè)量方式。
對(duì)于多聲路超聲波流量計(jì)，發(fā)射和接收電路是公用的，通過(guò)傳感器切換電路測(cè)量轉(zhuǎn)換各個(gè)聲路順流和逆流傳播時(shí)間，但由于各個(gè)聲路的長(zhǎng)度不同，傳感器的特性存在差異，每次測(cè)量的接收信號(hào)大小也不同，并且強(qiáng)度也不穩(wěn)定。因此，要實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的精確測(cè)量，必須根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)接收電路增益，而且要單獨(dú)控制每個(gè)方向上的增益。為實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，在信號(hào)到達(dá)檢測(cè)電路之前必須使信號(hào)穩(wěn)定可靠。為此，信號(hào)處理要采用自動(dòng)增益控制放大器。

2 自動(dòng)增益控制AGC
自動(dòng)增益控制AGC(Automatic Gain Control)是一種在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小的范圍內(nèi)變化的自動(dòng)增益控制環(huán)路，即當(dāng)輸入信號(hào)很弱時(shí)，自動(dòng)增益控制電路的增益較大，自動(dòng)增益控制電路不起作用；當(dāng)輸入信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行控制使增益減小。這樣，當(dāng)輸入信號(hào)強(qiáng)度變化時(shí)，輸出端的信號(hào)電壓或功率基本不變或保持恒定。
信號(hào)傳輸過(guò)程中，隨著傳輸距離的變化及其他因素的影響，信號(hào)在空間傳播過(guò)程中存在明顯衰落，在接收機(jī)輸入端的信號(hào)強(qiáng)度有很大變化。因此在接收機(jī)前端必須加一個(gè)幅度控制系統(tǒng)，自動(dòng)增益控制環(huán)路是信號(hào)傳輸中必不可少的。
數(shù)字AGC精度高、適應(yīng)性好、體積小、可靠性高，因此受到廣大設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。圖1為數(shù)字AGC框圖。