Come fanno i progettisti a far fronte a un sistema che ha un’ampiezza di ingresso molto variabile ma che richiede un’ampiezza di uscita abbastanza costante? Diamo un’occhiata.

Una delle prime cose che impariamo entrando nel mondo dell’elettronica è come progettare un circuito op-amp con un guadagno specificato. Non è particolarmente difficile e, anche dopo aver acquisito familiarità con tutte le sfumature e le imperfezioni associate ai circuiti amplificatori, possiamo ancora progettare con fiducia sistemi che richiedono un segnale di uscita che sia uguale al segnale di ingresso moltiplicato per un guadagno fisso.

Ma cosa succede quando tutto questo paradigma crolla? Cosa possiamo fare quando il parametro fisso non è il guadagno dell’amplificatore ma la grandezza dell’uscita? Un guadagno fisso può produrre un’ampiezza di uscita costante quando l’ampiezza di ingresso è nota e immutabile, ma questo non è sempre il caso e, inoltre, a volte l’ampiezza di ingresso è altamente variabile.

Chiude il ciclo

La soluzione qui è qualcosa chiamato controllo automatico del guadagno, abbreviato AGC. Possiamo intuitivamente concludere che non c’è davvero modo di ottenere questo in un sistema ad anello aperto – il circuito dell’amplificatore deve conoscere l’ampiezza di uscita per poter regolare correttamente il guadagno. Ne consegue, quindi, che AGC richiede un feedback. Richiede anche (senza sorpresa) un amplificatore a guadagno variabile (VGA).

Quella che segue è un’architettura (molto) di base per un sistema AGC:

L’uscita del VGA è alimentata non solo al dispositivo successivo nella catena del segnale ma anche al circuito di misurazione che determina l’ampiezza dell’uscita e regola il guadagno di conseguenza. La misurazione dell’ampiezza viene eseguita dal blocco del rivelatore, e vengono utilizzati diversi tipi di rivelatori – i quattro tipi standard di rivelatori sono: inviluppo (o raddrizzatore), legge quadrata, vero RMS e logaritmico.

Adattamento al cambiamento

Come altri sistemi di feedback ad anello chiuso, un AGC può “agganciare” il segnale di ingresso in modo che cambiamenti graduali nell’ampiezza di ingresso abbiano un effetto minimo sull’uscita. Tuttavia, un AGC non può adattarsi istantaneamente ai cambiamenti rapidi; in realtà, un tempo di risposta estremamente veloce non è auspicabile perché questo renderebbe il circuito AGC eccessivamente sensibile al rumore o alle variazioni intenzionali dell’ampiezza del segnale di ingresso (cioè, la modulazione di ampiezza).

Il termine “tempo di attacco” si riferisce alla risposta di un circuito AGC all’aumento dell’ampiezza di ingresso, e il “tempo di decadimento” si riferisce alla sua risposta alla diminuzione dell’ampiezza di ingresso. Il seguente grafico di Analog Devices confronta il comportamento di attacco e decadimento per i quattro tipi di rilevatori standard (per qualche ragione, “LINBNV” è l’abbreviazione di un rilevatore di inviluppo).

Immagine per gentile concessione di Analog Devices.

Come potete vedere, i requisiti di risposta del sistema dovrebbero essere presi in considerazione quando si sceglie il tipo di rilevatore.

AGC per RF Rx

AGC è un aspetto critico della progettazione di un ricevitore RF. La densità di energia della radiazione elettromagnetica diminuisce con il quadrato della distanza. Così, l’intensità del segnale RF al ricevitore varia drasticamente a seconda di quanto il ricevitore è vicino al trasmettitore. L’AGC assicura che il segnale ricevuto sia costantemente amplificato a un livello che permetta un’efficiente elaborazione da parte dei circuiti di demodulazione.

In quest’epoca di circuiti integrati analogici e a segnale misto altamente integrati, progettati da esperti e ampiamente disponibili, è improbabile che abbiate mai bisogno (o voglia) di progettare il vostro sistema AGC (che non è affatto un processo semplice). Tuttavia, è bene avere familiarità con le tecniche e i concetti di base. Se siete interessati, un’abbondanza di informazioni aggiuntive è disponibile in un tutorial di progettazione di Analog Devices.