자동 게인 컨트롤

Automatic gain control
아날로그 전화 네트워크에서 사용되는 AGC의 개략도. 출력 레벨에서 게인으로의 피드백은 Vactrol 저항성 광 절연체를 통해 이루어집니다.

자동 이득 제어(AGC)는 앰프 또는 증폭기 체인의 폐쇄 루프 피드백 제어 회로로, 입력 시 신호 진폭이 변화하더라도 출력 시 적절한 신호 진폭을 유지하는 것이 목적입니다.평균 또는 피크 출력 신호 레벨은 증폭기의 게인을 동적으로 조정하기 위해 사용되며, 회로가 더 넓은 범위의 입력 신호 레벨로 만족스럽게 작동할 수 있습니다.대부분의 무선 수신기에서 수신 신호 강도의 차이와 페이딩으로 인한 단일 스테이션의 무선 신호의 변화로 인해 서로 다른 무선 방송국의 평균 볼륨 (소음)을 균등하게 하기 위해 사용됩니다.AGC가 없으면 AM 라디오 수신기에서 방출되는 소리는 약한 신호에서 강한 신호로 극단적으로 변화합니다. AGC는 신호가 강한 경우 볼륨을 효과적으로 줄이고 약한 경우 볼륨을 높입니다.일반적인 수신기에서 AGC 피드백 제어 신호는 보통 검출기 단계에서 가져와 IF 또는 RF 앰프 단계의 이득을 제어하기 위해 적용됩니다.

구조

게인 제어되는 신호(무선에서의 검출기 출력)는 다이오드 캐패시터에 전달되며, 다이오드 및 캐패시터는 피크 추종 DC 전압을 생성합니다.이는 RF 게인 블록에 공급되어 편향을 변경하여 게인을 변경합니다.전통적으로 모든 게인 제어 스테이지가 신호 검출 전에 이루어졌지만 신호 검출 후에 게인 제어 스테이지를 추가하여 게인 제어를 개선할 수도 있습니다.

사용 예

AM 라디오 수신기

1925년, Harold Alden Wheeler는 자동 볼륨 컨트롤(AVC)을 발명하여 특허를 획득했습니다.Karl Küpfmüler[1]1928년에 AGC 시스템의 분석을 발표했습니다.1930년대 초까지 대부분의 새로운 상용 방송 수신기는 자동 볼륨 [2]컨트롤을 포함했습니다.

AGC는 AM 무선 [3]수신기의 선형성으로부터 벗어난 것입니다.AGC가 없으면 AM 라디오는 신호 진폭과 음파 사이에 선형 관계를 갖게 됩니다. 즉, 신호의 정보 내용은 반송파의 진폭 변화에 의해 전달되기 때문에 음성과 상관되는 음 진폭이 무선 신호 진폭에 비례합니다.회로가 상당히 선형적이지 않으면 변조된 신호를 적절한 충실도로 복구할 수 없습니다.단, 수신되는 신호의 강도는 송신기의 전력과 거리, 신호 경로 감쇠에 따라 크게 달라집니다.AGC 회로는 신호의 전체 강도를 검출하고 수신기의 게인을 자동으로 조정하여 출력 레벨을 허용 범위 내에서 유지함으로써 수신기의 출력 레벨이 너무 많이 변동하는 것을 방지합니다.매우 약한 신호의 경우 AGC는 수신기를 최대 게인으로 작동시키고 신호가 증가하면 게인을 줄입니다.

일반적으로 약한 신호에서는 수신기의 RF 프론트 엔드의 게인을 줄이는 것이 불리합니다.이는 낮은 게인이 신호 대 잡음 비 및 [4]블로킹을 악화시킬 수 있기 때문입니다.따라서 많은 설계에서는 더 강한 신호에 대해서만 게인을 감소시키기 때문입니다.

AM 검출기 다이오드는 신호 강도에 비례하는 DC 전압을 생성하므로 이 전압을 수신기의 이전 단계로 피드백하여 게인을 줄일 수 있습니다.신호의 오디오 구성요소가 이득에 크게 영향을 미치지 않도록 필터 네트워크가 필요합니다. 이렇게 하면 신호의 효과적인 변조 깊이를 증가시켜 소리를 왜곡시키는 "변조 상승"을 방지할 수 있습니다.통신 수신기는 추가 증폭 단계, 별도의 AGC 검출기 다이오드, 브로드캐스트 및 단파 대역에 대한 다른 시간 상수, 왜곡 및 교차 [5]변조를 방지하기 위해 수신기의 다른 단계에 대한 다른 수준의 AGC 전압 적용을 포함하여 더 복잡한 AVC 시스템을 가질 수 있다.AVC 시스템의 설계는 수신기의 사용성, 튜닝 특성, 오디오 충실도 및 과부하 [6]및 강한 신호에 대한 동작에 큰 영향을 미칩니다.

FM 수신기는 리미터 스테이지와 진폭 변화에 상대적으로 둔감한 검출기를 포함하고 있지만 AGC를 통해 강한 신호의 과부하를 방지할 수 있습니다.

레이더

AGC의 관련 애플리케이션은 원치 않는 잡동사니 에코를 극복하는 방법으로 레이더 시스템에 있습니다.이 방법은 대상으로부터의 에코보다 클러터 리턴이 훨씬 많다는 사실에 의존합니다.수신기의 게인은 전체 가시적 혼란을 일정 수준으로 유지하기 위해 자동으로 조정됩니다.이는 더 강한 주변 혼란에 의해 가려진 대상을 탐지하는 데 도움이 되지 않지만 강력한 대상 소스를 구별하는 데 도움이 됩니다.과거에 레이더 AGC는 전자적으로 제어되어 전체 레이더 수신기의 이득에 영향을 미쳤다.레이더가 진화함에 따라 AGC는 컴퓨터 소프트웨어 제어가 되었고, 특정 검출 셀에서 보다 세분화된 방식으로 이득에 영향을 미쳤다.많은 레이더 대책은 레이더의 AGC를 사용하여 스푸핑으로 실제 신호를 효과적으로 "끌어냄"으로써 그것을 속입니다. AGC는 약한 진짜 신호를 강한 스푸핑에 비해 혼란스러운 것으로 간주하기 때문입니다.

오디오/비디오

오디오 테이프에서 일정량의 이음이 발생한다.테이프상의 신호 레벨이 낮으면 노이즈가 두드러집니다.즉, 신호잡음비가 가능한 것보다 낮습니다.노이즈를 최소한으로 억제하려면 , 녹음 레벨을 가능한 한 높게 설정해, 신호를 클리핑 하거나 왜곡하거나 하지 말아 주세요.전문가용 고충실도 기록에서는 피크 판독계를 사용하여 레벨을 수동으로 설정합니다.높은 충실도가 필요하지 않은 경우 AGC 회로에 의해 적절한 기록 레벨을 설정할 수 있으며, 평균 신호 레벨이 증가할수록 이득이 감소합니다.이것에 의해, 오디오 레코더의 마이크로부터 어느 정도의 거리를 두고, 음성에서도 사용 가능한 녹음을 실시할 수 있습니다.VCR에도 동일한 고려사항이 적용됩니다.

AGC의 잠재적인 단점은 클래식 등 조용하고 시끄러운 악절을 가진 음악 같은 것을 녹음할 때 AGC는 조용한 악절을 더 크게 하고 큰 악절을 더 작게 하여 다이내믹 레인지를 압축하는 경향이 있다는 것입니다.그 결과, 재생시에 신호가 다시 확장되지 않으면, 음질이 저하될 수 있습니다.ing 시스템

일부 릴 투 릴 테이프 레코더 및 카세트 덱에는 AGC 회로가 있습니다.높은 충실도에 사용되는 것은 일반적으로 그렇지 않습니다.

대부분의 VCR 회로는 수직 블랭크 펄스의 진폭을 사용하여 AGC를 작동합니다.매크로 텔레비전등의 비디오 카피 제어 스킴에서는, 이것을 부정 이용하는 것으로, 대부분의 텔레비전 수상기에서 무시되는 펄스에 스파이크가 삽입됩니다만, VCR의 AGC가 과잉 수정되어 녹화가 파손됩니다.

보가드

음성 작동 게인 조정[7] 장치 또는 볼륨 작동 게인 조정[8] 장치(vogad)는 마이크 증폭용 AGC 또는 압축기의 일종이다.이것은 보통 무선 송신기에서 과변조를 방지하고 신호의 동적 범위를 줄여 평균 전송 전력을 증가시키기 위해 사용됩니다.텔레포니에서 이 장치는 다양한 입력 진폭을 취하며 일반적으로 일관된 출력 진폭을 생성합니다.

가장 간단한 형태에서 리미터는 백투백 클램프 다이오드의 쌍으로 구성될 수 있으며, 다이오드 전도 임계값을 초과할 때 초과 신호 진폭을 접지로 간단히 션트합니다.이 방법은 큰 신호의 상단을 잘라내기만 하면 되므로 왜곡 수준이 높아집니다.

클리핑 리미터는 과도한 변조에 대한 마지막 보호의 한 형태로 자주 사용되지만 적절히 설계된 vogad 회로는 실시간으로 변조 깊이를 최적화하기 위해 게인의 양을 능동적으로 제어합니다.과변조를 방지할 뿐만 아니라 저소음 신호의 수준을 높여 저변조를 방지합니다.저변조는 노이즈가 많은 상황에서 신호 투과성을 저하시킬 수 있기 때문에 무선 전화와 같은 음성 애플리케이션에 특히 중요합니다.

양호한 vogad 회선에서는 초기 큰 음성 신호가 갑자기 과도한 변조의 버스트를 일으키지 않도록 매우 빠른 공격 시간을 가져야 합니다.실제로 공격 시간은 몇 밀리초이므로 이러한 짧은 피크에서 신호를 포착하기 위해 클리핑리미터가 필요할 수 있습니다.보통 훨씬 더 긴 붕괴 시간이 사용되기 때문에 자연발화에서 정상적인 일시정지 중에 게인이 너무 빨리 증가하지 않는다.붕괴 시간이 너무 짧으면 음성의 각 틈새에서 배경 소음 수준이 상승하는 "호흡" 현상이 발생합니다.Vogad 회로는 일반적으로 낮은 입력 레벨에서 신호가 완전히 증폭되지 않고 선형 부스트 곡선을 따르도록 조정됩니다.이것은 노이즈 캔슬링 마이크에서 잘 동작합니다.

전화 녹음

전화 통화의 양쪽을 녹음하는 디바이스는 로컬 사용자로부터의 비교적 큰 신호와 리모트 사용자로부터의 훨씬 작은 신호 모두를 동등한 음량으로 녹음해야 합니다.일부 전화 녹음 장치는 허용 가능한 품질의 녹음을 생성하기 위해 자동 이득 제어를 포함합니다.

생물학적

공학에서 발견되는 많은 개념의 경우처럼, 자동 이득 제어는 생물학적 시스템, 특히 감각 시스템에서도 발견됩니다.예를 들어 척추동물 시각시스템에서 망막 광수용체 내의 칼슘 역학은 빛의 수준에 맞게 이득을 조절한다.또, 시각계에서는, V1내의 셀이 상호 억제하는 것으로 생각되어 자동 게인 제어의 일종인 콘트라스트에 대한 응답의 정규화를 일으킨다.마찬가지로 청각계통에서 올리보콜리어 신경세포는 생체역학적 이득 제어 [9][10]루프의 일부이다.

복구 시간

모든 자동 제어 시스템에서와 마찬가지로 AGC 작동의 시간적 역학은 많은 애플리케이션에서 중요할 수 있다.일부 AGC 시스템은 이득 변경의 필요성에 대한 반응이 느리지만 다른 시스템은 매우 빠르게 반응할 수 있습니다.빠른 AGC 회복 시간이 필요한 애플리케이션의 예는, 수신 스테이션이 문자중간(예를 들면 닷 신호와 대시 신호 사이) 송신 스테이션의 인터럽트를 가능하게 하기 위해서, 이른바브레이크인 또는 QSK 조작이 필요한 모스 부호 통신에 사용되는 수신기에서이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Küpfmüler, "Uber die Dynamik der selbstétigen Verstérkungsregler", Elektrische Nachrichtentechnik, 제5권, 제11호, 페이지 459-467, 1928. (독일어)
  2. ^ 기념품: 국립공학아카데미 제9권(2001) 281쪽, 2009년 10월 23일 취득
  3. ^ F. Langford-Smith, Radiotron Designer's Handbook 4th ed., RCA, 1953, 27장 3절
  4. ^ Iulian Rosu, VA3에 의한 리시버 자동 게인 컨트롤이울
  5. ^ Langford-Smith 53, 1108페이지
  6. ^ Langford-Smith 53, 25장, 1229페이지
  7. ^ 연방 표준 1037C의 보가드
  8. ^ "Roar and Whisper Equalled by Radio Voice Leveler". Popular Mechanics: 236. Feb 1939.
  9. ^ D. O. Kim (1984). "Functional roles of the inner-and outer-hair-cell subsystems in the cochlea and brainstem". In C. I. Berlin (ed.). Hearing science: Recent advances (PDF). College Hill Press. pp. 241–262. Archived from the original (PDF) on 2010-07-01. Retrieved 2010-10-13.
  10. ^ R. F. Lyon (1990). "Automatic Gain Control in Cochlear Mechanics". In P. Dallos; et al. (eds.). The Mechanics and Biophysics of Hearing (PDF). Springer-Verlag. pp. 395–402.[영구 데드링크]