22. 如何理解模拟集成电路模块系列之六：自动增益控制？

大家好！今天我想讲讲自动增益控制这个功能模块。一般来说，我们在进行信号放大时，有时候希望输出的幅度不随输入信号幅度变化而变化，这时候就需要自动增益控制模块来实现相关的功能。同时由于自动增益控制模块不在主信号通道上，所以它其实和主信号通道上的模块形成了一个负反馈环路，所以其稳定性也是必须考量的，而这种稳定性分析和负反馈环路类似，但是由于自动增益控制电路中还进行了数学运算，所以一般来说稳定性分析采用的是自动增益控制电路的高/低截止频率和主信号通道的频带范围进行比较，尽量让这两个值离主信号通道的值远，就可以基本保障稳定性要求了。

为了能更好的对自动增益控制模块进行讲解，我从电路结构和性能参数两个方面对其进行分析；从电路结构方面看，自动增益控制分为偏置电路、参考电路、差分/单端输入电路、线性放大器、比较器五个部分；其中偏置电路是为线性放大器和比较器提供工作点，它主要决定自动增益控制工作直流点；参考电路是给线性放大器和比较器的提供参考电压，其中比较器的参考电压决定了自动增益控制的启动点，而线性放大器的参考电压决定了自动增益控制的控制范围；差分/单端输入电路是自动增益控制电路的输入信号，它一般会对输入信号进行一些处理，如采用加法电路或者减法电路对输入信号进行处理，这样可以让线性放大器来完成一些数学运算功能，达到预期的增益控制效果，如增益范围，控制电平高低等；线性放大器是完成自动增益控制的核心电路，它的性能决定了自动增益控制的大部分性能，一般来说，线性放大器是基于运算放大器为主搭建起来的；比较器是自动增益控制电路启动的控制电路，一般来说，它也是基于运算放大器为主搭建的。

自动增益控制的性能参数也和其他功能模块一样，有四个类型：输入特性、输出特性、交流特性、极限特性；第一类型，输入特性是工作电压、工作电流，工作电压一般表现出自动增益控制电路对工作环境的适应程度，如果工作电压范围广，则适应性强；如果工作电压范围窄，则工作条件比较苛刻；工作电流决定了自动增益控制电路在各种不同工作电压下的功耗，一般来说，工作电压升高时，工作电流也会上升，所以功耗也会提高，这时自动增益控制电路在不同工作电流下输出特性也不能有较大的裂化。

第二个类型，输出特性是控制稳定时间、控制电压范围；控制稳定时间是指在自动增益控制启动后输出电压从小变到稳定位置时所需要的时间，一般来说，控制稳定时间的长短和控制稳定之间有一个折中，如果希望能够快速达到控制电平，那边到达控制电平后的稳定性会比较差一点；控制电压范围是指自动增益控制电路的控制电平的最大最小值之间的范围，它其实决定了自动增益控制的信号范围。

第三个类型，交流特性是高/低频截止频率、最大/最小增益、开环增益和相位裕度。高/低频截止频率反映的是线性放大器高频截止频率和低频截止频率，特别是高频截止频率和控制稳定时间是有关联的，低频截止频率一般来说不能高于主信号通道的低频截止频率，不然控制信号也会进入到主信号通道中，从而被主信号通道模块处理，这样其实是引入了一个低频噪声，降低整个主信号通道的性能；最大/最小增益也主要是线性放大器的性能，在不同的输入信号幅度下，线性放大器的增益是随着幅度的增加而减小。

最后一个类型，极限特性是：最大工作电压、工作温度范围。这个最大工作电压和输入电压范围的区别在于，在最大工作电压下可能自动增益控制电路工作不正常了，但在输入电压范围的最大值时，自动增益控制电路必须是正常工作的。工作温度范围是指PN结温下的范围，它和自动增益控制的温度范围有些许区别，一般来说，极限特性下工作温度范围会比自动增益控制的温度范围宽。

好，总结一下，这一讲我从五个电路部分，偏置电路、参考电路、差分/单端输入电路、线性放大器、比较器和九个性能参数，工作电压、工作电流、控制稳定时间、控制电压范围、高/低频截止频率、最大/最小增益、开环增益和相位裕度、最大工作电压、工作温度范围，对自动增益控制电路进行了分析，希望对大家有所帮助！