Como os designers lidam com um sistema que tem uma amplitude de entrada altamente variável, mas que requer uma amplitude de saída razoavelmente constante? Vamos dar uma olhada.

Uma das primeiras coisas que aprendemos ao entrar no mundo da eletrônica é como projetar um circuito op-amp com um ganho especificado. Não é particularmente difícil e, mesmo depois de nos familiarizarmos com todas as nuances e imperfeições associadas aos circuitos de amplificação, podemos ainda assim desenhar com confiança sistemas que requerem um sinal de saída igual ao sinal de entrada multiplicado por um ganho fixo.

Mas o que acontece quando todo este paradigma se desfaz? O que podemos fazer quando o parâmetro fixo não é o ganho do amplificador, mas a magnitude da saída? Um ganho fixo pode produzir uma amplitude de saída constante quando a amplitude de entrada é conhecida e imutável, mas isso nem sempre é o caso e, além disso, às vezes a amplitude de entrada é altamente variável.

Closing the Loop

A solução aqui é algo chamado de controle de ganho automático, abreviado AGC. Podemos intuitivamente concluir que não há realmente nenhuma maneira de conseguir isso em um sistema de loop aberto – o circuito de amplificação deve ter conhecimento da amplitude de saída a fim de ajustar corretamente o ganho. Segue-se, então, que o AGC requer feedback. Ele também (sem surpresa) requer um amplificador de ganho variável (VGA).

O seguinte é uma arquitetura (muito) básica para um sistema AGC:

A saída do VGA é alimentada não apenas para o próximo dispositivo na cadeia de sinais, mas também para o circuito de medição que determina a amplitude da saída e ajusta o ganho de acordo. A medição da amplitude é realizada pelo bloco detector, e diferentes tipos de detectores são usados – os quatro tipos de detector padrão são envelope (ou retificador), quadrado, true-RMS e logarítmico.

Adaptação à mudança

Como outros sistemas de realimentação em circuito fechado, um AGC pode “travar” o sinal de entrada de tal forma que mudanças graduais na amplitude de entrada terão um efeito mínimo na saída. Entretanto, um AGC não pode adaptar-se instantaneamente a mudanças rápidas; na verdade, um tempo de resposta extremamente rápido não é desejável porque isso tornaria o circuito AGC excessivamente sensível ao ruído ou a variações intencionais na amplitude do sinal de entrada (isto é, modulação de amplitude).

O termo “tempo de ataque” refere-se à resposta de um circuito AGC a aumentos na amplitude de entrada, e “tempo de decaimento” refere-se à sua resposta a diminuições na amplitude de entrada. O seguinte gráfico de Dispositivos Analógicos compara o comportamento de ataque e decaimento para os quatro tipos de detectores padrão (por alguma razão, “LINBNV” é a abreviação de um detector de envelope).

Image cortesia dos Dispositivos Analógicos.

Como você pode ver, os requisitos de resposta do sistema devem ser levados em consideração ao escolher o tipo de detector.

AGC para RF Rx

AGC é um aspecto crítico do design do receptor de RF. A densidade de energia da radiação eletromagnética diminui com o quadrado de distância. Assim, a potência do sinal de RF no receptor varia drasticamente dependendo de quão próximo o receptor está do transmissor. O AGC assegura que o sinal recebido é amplificado consistentemente a um nível que permite um processamento eficiente pelo circuito de desmodulação.

Nesta era de ICs analógicos e de sinal misto altamente integrados, desenhados de forma especializada e amplamente disponíveis, não é provável que você precise (ou queira) projetar o seu próprio sistema AGC (que não é de forma alguma um processo simples). No entanto, é bom estar familiarizado com as técnicas e conceitos básicos. Se você estiver interessado, uma abundância de informações adicionais está disponível em um tutorial de design em Analog Devices.