Jak si konstruktéři poradí se systémem, který má velmi proměnlivou vstupní amplitudu a přitom vyžaduje poměrně konstantní výstupní amplitudu? Podívejme se na to.

Jednou z prvních věcí, které se naučíme při vstupu do světa elektroniky, je navrhnout obvod optického zesilovače s určeným zesílením. Není to nijak zvlášť obtížné a i poté, co se seznámíme se všemi nuancemi a nedokonalostmi spojenými s obvody zesilovačů, můžeme stále s jistotou navrhovat systémy, které vyžadují výstupní signál rovný vstupnímu signálu vynásobenému pevným zesílením.

Co se ale stane, když se celé toto paradigma rozpadne? Co můžeme dělat, když pevným parametrem není zesílení zesilovače, ale velikost výstupního signálu? Pevné zesílení může produkovat konstantní výstupní amplitudu, pokud je vstupní amplituda známá a neměnná, ale to neplatí vždy a navíc je někdy vstupní amplituda velmi proměnlivá.

Zavírání smyčky

Řešením je zde něco, čemu se říká automatické řízení zesílení, zkráceně AGC. Intuitivně můžeme dojít k závěru, že v systému s otevřenou smyčkou toho skutečně nelze dosáhnout – obvody zesilovače musí znát výstupní amplitudu, aby mohly správně nastavit zesílení. Z toho vyplývá, že AGC vyžaduje zpětnou vazbu. Vyžaduje také (nepřekvapivě) zesilovač s proměnným ziskem (VGA).

Následující je (velmi) základní architektura systému AGC:

Výstup VGA je přiváděn nejen do dalšího zařízení v signálovém řetězci, ale také do měřicích obvodů, které určují amplitudu výstupu a podle ní upravují zisk. Měření amplitudy provádí blok detektoru a používají se různé typy detektorů – čtyři standardní typy detektorů jsou obálkový (nebo usměrňovací), čtvercový zákon, true-RMS a logaritmický.

Přizpůsobení změnám

Stejně jako jiné systémy s uzavřenou zpětnou vazbou může AGC „uzamknout“ vstupní signál tak, že postupné změny vstupní amplitudy budou mít minimální vliv na výstup. AGC se však nemůže okamžitě přizpůsobit rychlým změnám; ve skutečnosti není extrémně rychlá doba odezvy žádoucí, protože by se tím obvod AGC stal příliš citlivým na šum nebo na záměrné změny amplitudy vstupního signálu (tj. amplitudovou modulaci).

Termín „doba náběhu“ se vztahuje k odezvě obvodu AGC na zvýšení vstupní amplitudy a „doba útlumu“ se vztahuje k jeho odezvě na snížení vstupní amplitudy. Následující graf od společnosti Analog Devices porovnává chování náběhu a útlumu pro čtyři standardní typy detektorů (z nějakého důvodu je „LINBNV“ zkratka pro obálkový detektor).

Obrázek se svolením společnosti Analog Devices.

Jak vidíte, při výběru typu detektoru je třeba zohlednit požadavky na odezvu systému.

AGC pro RF Rx

AGC je kritickým aspektem návrhu RF přijímače. Hustota energie elektromagnetického záření klesá se čtvercem vzdálenosti. Síla VF signálu na přijímači se tedy drasticky mění v závislosti na tom, jak blízko je přijímač od vysílače. AGC zajišťuje, že přijímaný signál je trvale zesilován na úroveň, která umožňuje efektivní zpracování demodulačními obvody.

V dnešní době vysoce integrovaných, odborně navržených a široce dostupných analogových a smíšených signálových integrovaných obvodů není pravděpodobné, že byste někdy potřebovali (nebo chtěli) navrhovat vlastní systém AGC (což rozhodně není jednoduchý proces). Je však dobré znát základní techniky a koncepty. Pokud vás to zajímá, množství dalších informací naleznete ve výukovém programu pro návrh od společnosti Analog Devices.