Comment les concepteurs font-ils face à un système dont l’amplitude d’entrée est très variable mais qui nécessite une amplitude de sortie assez constante ? Jetons un coup d’œil.

L’une des premières choses que nous apprenons en entrant dans le monde de l’électronique est la conception d’un circuit d’amplificateur opérationnel avec un gain spécifié. Ce n’est pas particulièrement difficile et, même après nous être familiarisés avec toutes les nuances et imperfections associées aux circuits amplificateurs, nous pouvons toujours concevoir avec confiance des systèmes qui nécessitent un signal de sortie égal au signal d’entrée multiplié par un gain fixe.

Mais que se passe-t-il lorsque tout ce paradigme s’effondre ? Que pouvons-nous faire lorsque le paramètre fixe n’est pas le gain de l’amplificateur mais la magnitude de la sortie ? Un gain fixe peut produire une amplitude de sortie constante lorsque l’amplitude d’entrée est connue et immuable, mais ce n’est pas toujours le cas et, de plus, il arrive que l’amplitude d’entrée soit très variable.

Fermeture de la boucle

La solution ici est quelque chose appelé contrôle automatique du gain, abrégé AGC. Nous pouvons intuitivement conclure qu’il n’y a vraiment aucun moyen d’y parvenir dans un système en boucle ouverte – le circuit de l’amplificateur doit avoir connaissance de l’amplitude de sortie afin de régler correctement le gain. Il s’ensuit que la CAG nécessite une rétroaction. Elle nécessite également (sans surprise) un amplificateur à gain variable (VGA).

Voici une architecture (très) basique pour un système AGC:

La sortie du VGA est alimentée non seulement au dispositif suivant dans la chaîne de signaux, mais également à un circuit de mesure qui détermine l’amplitude de la sortie et ajuste le gain en conséquence. La mesure de l’amplitude est effectuée par le bloc détecteur, et différents types de détecteurs sont utilisés – les quatre types de détecteurs standard sont l’enveloppe (ou le redresseur), la loi carrée, la valeur efficace vraie et le logarithme.

Adaptation au changement

Comme d’autres systèmes de rétroaction en boucle fermée, une CAG peut se « verrouiller » sur le signal d’entrée de sorte que les changements graduels de l’amplitude d’entrée auront un effet minimal sur la sortie. Cependant, un CAG ne peut pas s’adapter instantanément à des changements rapides ; en fait, un temps de réponse extrêmement rapide n’est pas souhaitable car cela rendrait le circuit CAG trop sensible au bruit ou aux variations intentionnelles de l’amplitude du signal d’entrée (c’est-à-dire la modulation d’amplitude).

Le terme « temps d’attaque » fait référence à la réponse d’un circuit CAG aux augmentations de l’amplitude d’entrée, et le « temps de décroissance » fait référence à sa réponse aux diminutions de l’amplitude d’entrée. Le graphique suivant d’Analog Devices compare le comportement d’attaque et de décroissance pour les quatre types de détecteurs standard (pour une raison quelconque, « LINBNV » est l’abréviation d’un détecteur d’enveloppe).

Image gracieusement fournie par Analog Devices.

Comme vous pouvez le voir, les exigences de réponse du système doivent être prises en considération lors du choix du type de détecteur.

AGC pour les Rx RF

L’AGC est un aspect critique de la conception des récepteurs RF. La densité d’énergie du rayonnement électromagnétique diminue avec le carré de la distance. Ainsi, la force du signal RF au niveau du récepteur varie drastiquement en fonction de la proximité du récepteur par rapport à l’émetteur. La CAG garantit que le signal reçu est constamment amplifié à un niveau qui permet un traitement efficace par le circuit de démodulation.

À l’ère des circuits intégrés analogiques et à signaux mixtes hautement intégrés, conçus par des experts et largement disponibles, il est peu probable que vous ayez un jour besoin (ou envie) de concevoir votre propre système CAG (ce qui n’est en aucun cas un processus simple). Cependant, il est bon de se familiariser avec les techniques et les concepts de base. Si vous êtes intéressé, une abondance d’informations supplémentaires est disponible dans un tutoriel de conception d’Analog Devices.