¿Cómo se las arreglan los diseñadores con un sistema que tiene una amplitud de entrada muy variable pero que requiere una amplitud de salida bastante constante? Echemos un vistazo.

Una de las primeras cosas que aprendemos al entrar en el mundo de la electrónica es cómo diseñar un circuito de op-amp con una ganancia especificada. No es especialmente difícil e, incluso después de familiarizarnos con todos los matices e imperfecciones asociados a los circuitos de amplificación, podemos diseñar con confianza sistemas que requieren una señal de salida que sea igual a la señal de entrada multiplicada por una ganancia fija.

¿Pero qué ocurre cuando todo este paradigma se desmorona? Qué podemos hacer cuando el parámetro fijo no es la ganancia del amplificador sino la magnitud de la salida? Una ganancia fija puede producir una amplitud de salida constante cuando la amplitud de entrada es conocida e invariable, pero no siempre es así y, además, a veces la amplitud de entrada es muy variable.

Cerrando el bucle

La solución aquí es algo llamado control automático de ganancia, abreviado AGC. Podemos concluir intuitivamente que realmente no hay manera de lograr esto en un sistema de bucle abierto-el circuito del amplificador debe tener conocimiento de la amplitud de salida con el fin de ajustar adecuadamente la ganancia. Por lo tanto, se deduce que el AGC requiere retroalimentación. También (como era de esperar) requiere un amplificador de ganancia variable (VGA).

La siguiente es una arquitectura (muy) básica para un sistema AGC:

La salida del VGA se alimenta no sólo al siguiente dispositivo de la cadena de señales, sino también a los circuitos de medición que determinan la amplitud de la salida y ajustan la ganancia en consecuencia. La medición de la amplitud es realizada por el bloque detector, y se utilizan diferentes tipos de detectores – los cuatro tipos de detectores estándar son envolvente (o rectificador), ley cuadrada, verdadero RMS y logarítmico.

Adaptación al cambio

Al igual que otros sistemas de retroalimentación de bucle cerrado, un AGC puede «bloquear» la señal de entrada de tal manera que los cambios graduales en la amplitud de entrada tendrán un efecto mínimo en la salida. Sin embargo, un AGC no puede adaptarse instantáneamente a los cambios rápidos; de hecho, no es deseable un tiempo de respuesta extremadamente rápido porque esto haría que el circuito AGC fuera demasiado sensible al ruido o a las variaciones intencionadas de la amplitud de la señal de entrada (es decir, la modulación de la amplitud).

El término «tiempo de ataque» se refiere a la respuesta de un circuito AGC a los aumentos de la amplitud de entrada, y el «tiempo de decaimiento» se refiere a su respuesta a las disminuciones de la amplitud de entrada. El siguiente gráfico de Analog Devices compara el comportamiento de ataque y decaimiento de los cuatro tipos de detectores estándar (por alguna razón, «LINBNV» es la abreviatura de un detector de envolvente).

Imagen cortesía de Analog Devices.

Como puede ver, los requisitos de respuesta del sistema deben tenerse en cuenta a la hora de elegir el tipo de detector.

AGC para Rx de RF

AGC es un aspecto crítico del diseño del receptor de RF. La densidad de energía de la radiación electromagnética disminuye con el cuadrado de la distancia. Por lo tanto, la intensidad de la señal de RF en el receptor varía drásticamente en función de la proximidad del receptor al transmisor. El AGC garantiza que la señal recibida se amplifique de forma constante hasta un nivel que permita un procesamiento eficaz por parte de los circuitos de demodulación.

En esta época de circuitos integrados analógicos y de señal mixta altamente integrados, diseñados por expertos y ampliamente disponibles, es poco probable que necesite (o quiera) diseñar su propio sistema de AGC (que no es en absoluto un proceso sencillo). Sin embargo, es bueno estar familiarizado con las técnicas y conceptos básicos. Si está interesado, puede encontrar abundante información adicional en un tutorial de diseño de Analog Devices.