基于FPGA的超声波气体流量计中AGC的实现

3 数字AGC的设计
数字AGC系统组成包括A／D转换器(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程只读存储器(PROM)，如图2所示。

3．1FPGA选型简介
该设计采用Altera公司的ACEX系列FPGA器件EPlK30TCl44-3作为核心控制器，其特点是：高密集型；适合大容量应用的低成本可编程结构；多电平标准系统，其I／O接口可驱动2．5 V和3．3 v器件或被5 V器件驱动；灵活的内部连接；强大的I／0接口．对于每个I／0接口有独立的三态输出控制使能，对于每个I／O接口都有开漏输出选择。
EPIK30TCl44-3型FPGA满足该系统设计要求，30 000个逻辑门适合于数字系统设计所需的逻辑门数量；多电平标准简化了FPGA与外部电路的接口；102个功能强大的I／0接口方便了FPGA外嗣电路设计；JATG边界扫描功能为系统开发与完善提供了很大的方便。
3．2 FPGA内部设计
该设计主要由乘法器、门限判决、寄存器、加／减计数器4个模块组成，实现40 dB动态范围的控制。FPGA内部框图如图3所示。

经A／D采样后的信号x(n)进入FPGA进行处理。x(n)首先进入乘法器模块与可控增益因子k(n)相乘，然后分成两路。一路作为调整增益后的AGC输出y(n)；另一路送入门限判决模块。门限判别模块包括门限判决器和增益查找表，门限判决器内设有高低2个门限，当输入包络信号电平大于高门限时，则认为输入信号过大，应调整增益控制因子k(n)减小：当输入包络信号电平小于低门限时，则认为输入信号过小，应调整增益控制因子k(n)增加。对于增加或减少的步进量g(n)则从增益查找表中得到。加／减计数器模块根据查找表得到的步进因子g(n)及门限判决模块提供的计数方向w(n)来调整增益控制因子的。
3．2．1 门限判决模块
门限判决模块用于限制加／减计数器控制号的波动，防止环路振荡，其内设高低2个门之间的范围即为AGC输出信号的波动范围。防止AGC发生振荡，该范围应该在满足解调器要求的动态范围条件下足够宽，而不是恒定不变的电平值。如果大于高门限，则认为信号过大，首先送给加／减计数器一个向下计数的信号，然后根据信号的范同从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果小于低门限，则认为信号过小，首先送给加／减计数器一个向上计数的信号，然后根据信号的范围从查找表中确定加／减计数器的步进量；如果在两门限之间，则加／减计数器的步进量为零。