Hur kan konstruktörer hantera ett system som har en mycket variabel ingångsamplitud men som ändå kräver en ganska konstant utgångsamplitud? Låt oss ta en titt.

En av de första sakerna vi lär oss när vi kommer in i elektronikens värld är hur man konstruerar en op-amp-krets med en specificerad förstärkning. Det är inte särskilt svårt och även efter att vi blivit bekanta med alla nyanser och ofullkomligheter som är förknippade med förstärkarkretsar kan vi fortfarande med säkerhet konstruera system som kräver en utsignal som är lika med ingångssignalen multiplicerad med en fast förstärkning.

Men vad händer när hela detta paradigm faller sönder? Vad kan vi göra när den fasta parametern inte är förstärkarens förstärkning utan utgångssignalens storlek? En fast förstärkning kan ge en konstant utgångsamplitud när ingångsamplituden är känd och oföränderlig, men detta är inte alltid fallet och dessutom är ingångsamplituden ibland mycket varierande.

Closing the Loop

Lösningen här är något som kallas automatisk förstärkningsstyrning, förkortat AGC. Vi kan intuitivt dra slutsatsen att det egentligen inte finns något sätt att uppnå detta i ett system med öppen loop – förstärkarkretsen måste ha kunskap om utgångsamplituden för att kunna justera förstärkningen på rätt sätt. Det följer alltså att AGC kräver återkoppling. Den kräver också (föga förvånande) en förstärkare med variabel förstärkning (VGA).

Följande är en (mycket) grundläggande arkitektur för ett AGC-system:

Utgången från VGA:n matas inte bara till nästa enhet i signalkedjan, utan också till en mätkrets som bestämmer amplituden på utgången och justerar förstärkningen i enlighet därmed. Amplitudmätningen utförs av detektorblocket, och olika typer av detektorer används – de fyra standarddetektortyperna är kuvert (eller likriktare), kvadratlag, true-RMS och logaritmisk.

Anpassning till förändring

Likt andra återkopplingssystem med sluten slinga kan en AGC ”låsa sig fast” på ingångssignalen så att gradvisa förändringar i ingångsamplituden får minimal effekt på utgången. En AGC kan dock inte omedelbart anpassa sig till snabba förändringar; extremt snabb responstid är faktiskt inte önskvärd eftersom detta skulle göra AGC-kretsen överkänslig för brus eller avsiktliga variationer i ingångssignalens amplitud (dvs. amplitudmodulering).

Tecknet ”attacktid” avser AGC-kretsens respons på ökningar av ingångsamplituden, och ”avklingningstid” avser dess respons på minskningar av ingångsamplituden. I följande diagram från Analog Devices jämförs attack- och avklingningsbeteendet för de fyra standarddetektortyperna (av någon anledning är ”LINBNV” förkortningen för en kuvertdetektor).

Bilden är en artighet av Analog Devices.

Som du kan se bör systemets responskrav beaktas när man väljer detektortyp.

AGC för RF Rx

AGC är en kritisk aspekt av konstruktionen av RF-mottagare. Energitätheten hos elektromagnetisk strålning minskar med kvadraten på avståndet. Därför varierar RF-signalstyrkan vid mottagaren drastiskt beroende på hur nära mottagaren är sändaren. AGC säkerställer att den mottagna signalen konsekvent förstärks till en nivå som möjliggör effektiv bearbetning av demoduleringskretsen.

I denna tidsålder av högintegrerade, sakkunnigt utformade, allmänt tillgängliga analoga och blandade signal-IC:er är det inte troligt att du någonsin kommer att behöva (eller vilja) utforma ett eget AGC-system (vilket på intet sätt är en enkel process). Det är dock bra att känna till de grundläggande teknikerna och begreppen. Om du är intresserad finns ett överflöd av ytterligare information i en designhandledning från Analog Devices.