基于FPGA的超聲波氣體流量計中AGC的實(shí)現

摘要：為能充分利用數字技術(shù)可靠性高、靈活性強等優(yōu)點(diǎn)，將自動(dòng)增益控制AGC引入數字域，并針對超聲波氣體流量計中接收信號的特點(diǎn)，給出一種基于EPlK30TCl44-3的全數字AGC設計方案。測試結果表明該系統設計可以實(shí)現40 dB動(dòng)態(tài)范圍的控制，且具有控制精度高、調節速度快、受環(huán)境影響小，穩定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：超聲波氣體流量計；自動(dòng)增益控制(AGC)；FPGA；EPlK30TCl44-3

1 引言
超聲波流量計是一種新興的工業(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量，測量精確度高，重復性強，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)現數字通信等優(yōu)點(diǎn)。為減小甚至避免流速分布對流量計精度帶來(lái)的影響，超聲波流量計采用多聲道超聲波的測量方式。
對于多聲路超聲波流量計，發(fā)射和接收電路是公用的，通過(guò)傳感器切換電路測量轉換各個(gè)聲路順流和逆流傳播時(shí)間，但由于各個(gè)聲路的長(cháng)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，并且強度也不穩定。因此，要實(shí)現超聲波信號的精確測量，必須根據接收信號的強度自動(dòng)調節接收電路增益，而且要單獨控制每個(gè)方向上的增益。為實(shí)現高精度的測量，在信號到達檢測電路之前必須使信號穩定可靠。為此，信號處理要采用自動(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變化的自動(dòng)增益控制環(huán)路，即當輸入信號很弱時(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；當輸入信號很強時(shí)，自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行控制使增益減小。這樣，當輸入信號強度變化時(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(guò)程中，隨著(zhù)傳輸距離的變化及其他因素的影響，信號在空間傳播過(guò)程中存在明顯衰落，在接收機輸入端的信號強度有很大變化。因此在接收機前端必須加一個(gè)幅度控制系統，自動(dòng)增益控制環(huán)路是信號傳輸中必不可少的。
數字AGC精度高、適應性好、體積小、可靠性高，因此受到廣大設計人員的關(guān)注。圖1為數字AGC框圖。