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),將自動增益控制AGC引入數(shù)字域,并針對超聲波氣體流量計(jì)中接收信號的特點(diǎn),給出一種基于EPlK30TCl44-3的全數(shù)字AGC設(shè)計(jì)方案。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)40 dB動態(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,具有無阻擋體,無可動件,無壓損,無示值漂移,適用于大口徑管道測量,測量精確度高,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流量計(jì)精度帶來的影響,超聲波流量計(jì)采用多聲道超聲波的測量方式。
對于多聲路超聲波流量計(jì),發(fā)射和接收電路是公用的,通過傳感器切換電路測量轉(zhuǎn)換各個(gè)聲路順流和逆流傳播時(shí)間,但由于各個(gè)聲路的長度不同,傳感器的特性存在差異,每次測量的接收信號大小也不同,并且強(qiáng)度也不穩(wěn)定。因此,要實(shí)現(xiàn)超聲波信號的精確測量,必須根據(jù)接收信號的強(qiáng)度自動調(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)高精度的測量,在信號到達(dá)檢測電路之前必須使信號穩(wěn)定可靠。為此,信號處理要采用自動增益控制放大器。
2 自動增益控制AGC
自動增益控制AGC(Automatic Gain Control)是一種在輸入信號幅度變化很大的情況下,使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小的范圍內(nèi)變化的自動增益控制環(huán)路,即當(dāng)輸入信號很弱時(shí),自動增益控制電路的增益較大,自動增益控制電路不起作用;當(dāng)輸入信號很強(qiáng)時(shí),自動增益控制電路進(jìn)行控制使增益減小。這樣,當(dāng)輸入信號強(qiáng)度變化時(shí),輸出端的信號電壓或功率基本不變或保持恒定。
信號傳輸過程中,隨著傳輸距離的變化及其他因素的影響,信號在空間傳播過程中存在明顯衰落,在接收機(jī)輸入端的信號強(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),自動增益控制環(huán)路是信號傳輸中必不可少的。
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。
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