基于FPGA的超聲波氣體流量計中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)計方案。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)設(shè)計可以實(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；自動增益控制(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精度帶來的影響，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，通過傳感器切換電路測量轉(zhuǎn)換各個聲路順流和逆流傳播時間，但由于各個聲路的長度不同，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，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，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，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)計人員的關(guān)注。圖1為數(shù)字AGC框圖。