本发明提供一种三级自动增益控制装置,包括:可变增益放大器、模拟/数字转换器以及反馈电路,所述反馈电路包括:查找表模块、门限估计模块、门限误差模块、增益步阶更新模块、增益计数器以及数字/模拟转换器,增益步阶更新模块将门限误差与三级阈值比较,得到下一更新周期的增益步阶,门限误差越小,增益步阶越小,增益步阶通过算术移位获得。本发明的三级自动增益控制装置,采用三级阈值,根据门限误差分为三级处理,得到下一更新周期的增益步阶,实现增益的快速调节且稳定调节;参考门限值设置为更新周期33%,能够达到最佳信噪比损失,适用于低信噪比数据处理;适用于2bit及以上所有模拟/数字转换器。本发明还提供一种三级自动增益控制方法。