A5 - Politecnico di Torino

ETLCE - A5
03/10/2005
Politecnico di Torino
Facoltà dell’Informazione
Contenuti del Gruppo A
• Amplificatori con transistori
Modulo
– rete di polarizzazione
– analisi con modello lineare e nonlineare BJT e MOS
– applicazioni della nonlinearità
Elettronica delle telecomunicazioni
• Oscillatori
A - Amplificatori con AO, filtri, mixer
– oscillatori sinusoidali
A5 - Amplificatori logaritmici
• Mixer
– a trasconduttanza, BJT e MOS, a diodi
»
»
»
»
funzione di trasferimento
parametri
errori
procedura di progetto
• Circuiti nonlineari
– amplificatori logaritmici
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Amplificatori logaritmici: dove ?
Contenuto di questa lezione (A5)
• Circuiti nonlineari
– Classificazione
• Amplificatori logaritmici
– Analisi funzionale
» parametri di una f.d.t. logritmica
Canale di amplificazione FI,
circuiti RSSI
– Circuiti
» cause di errore
» procedura di progetto
• Riferimenti nel testo
» Circuiti nonlineari - classificazione e circuiti base
» Amplificatori logaritmici ed esponenziali
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Circuiti nonlineari
2.2.1
2.2.3
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Amplificatori logaritmici - funzione
• Errori
• Relazione logaritmica generica
– offset, guadagno
– “nonlinearità”
Vo = k1 log(k2(Vi+k4)) + k3
» deviazioni dal comportamento (nonlineare) desiderato
• Approssimazione a segmenti
– “amplificatori” con guadagno e offset legati a campi della Vi
» raddizzatore attivo
• Approssimazione continua
– occorre un elemento con nonlinearità intrinseca
• due gradi di libertà effettivi
» Moltiplicatori: quadrato, radice, funzione polinomiale
» Giunzioni: caratteristica esponenziale o logaritmica
» Amplificatore logaritmico
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– k2 e k3 sono un’unica costante
– altra costante k4, additiva su Vi
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Amplificatori logaritmici - funzione
Costante k4 e offset di ingresso
• Rappresentazione su diagramma semilogaritmico
–
–
–
–
–
• Un errore additivo sull’ingresso equivale a un offset
asse x: log k2 Vi
retta y = k1 x + k3
variazioni di k1 generano variazioni di pendenza (rotazioni)
variazioni di k3 (o k2) generano traslazioni
Variazioni di k4 generano
Vo
nonlinearità a bassi Vi
– Uguali variazioni di k4 determinano spostamenti diversi
sull’asse logVi
– L’effetto sull’uscita dipende dal valore di Vi
Vo
k3
Vo = k1 log(k2(Vi+k4)) + k3
k1
k4
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k2
∆k4
logVi
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∆k4
∆k4
logVi
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Amplificatori logaritmici - circuito
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Circuito per amplificatori logaritmici
• Giunzione logaritmica
• Sfruttare la relazione logaritmica tra corrente e
tensione in una giunzione PN
VBE =
– imporre la corrente
Giunzione di riferimento
– rilevare la tensione
» configurazione con A.O. a trasconduttanza
– inserire le costanti
» conversione V-I all’ingresso: k2 (e k3)
» guadagno in uscita: k1
– compensare i termini legati alla temperatura:
» Is: giunzione di riferimento a corrente costante
» Vt: elemento con guadagno legato alla temperatura (NTC)
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Errori per correnti basse
Errori per correnti alte
• Verso il limite inferiore della dinamica:
• Verso il limite superiore della dinamica:
– Bassa tensione ai capi di R1
– Correnti elevate
– Caduta su rBB’ della giunzione
» Voffset dell’operazionale
– Bassa corrente nella giunzione
» Segno definito: caduta aggiuntiva sulla giunzione
» Caratteristica Vo(Vi) curvata, come se Vi fosse più alta
» Ioff e Ibias
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Errori complessivi
Amplificatore log ratiometrico
• FdT complessiva invertente
• Logaritmo del rapporto di due tensioni
log (x) - log(y) = log(x/y)
[mV]
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Amplificatore logaritmico bipolare
Applicazioni degli amplif. logaritmici
• Coppia di giunzioni per accettare correnti in entrambi
i versi
• Trascaratteristica a compressione
• Scambiando R e diodi si ottiene un espansore
(esponenziale)
• Amplificatori DC:
– Conversione lin-log (dB, bode, …)
– “calcolo” analogico
– Se preceduto da demodulatore AM
» Misura di livello (catena IF, RSSI…),
» Controllo di guadagno (AGC)
• Amplificatori AC/bipolari:
– Compressione di dinamica
• Convertitori AC-DC logaritmici
– Catena di stadi che entrano in saturazione
– Misura di livello ad ampia dinamica
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Convertitori AC-DC logaritmici
Amplif. logaritmici a saturazione
• Approssimazione a spezzata
• Adatto per AC, larga banda, ampia dinamica
• Catena di amplificatori con ginocchio
• Conversione AC-DC stadio per stadio
– Amplificatori A/1: Guadagno A per Vi > E, 1 per Vi > E
– dinamica ridotta sul singolo convertitore
» uscita diretta dall’ultimo stadio
• Applicazioni: misura potenza RF
– Amplificatori A/0: Guadagno A per Vi > E, 0 per Vi > E
(in realtà Vu = S)
– CAG per LNA e amplificatori IF
– Controllo potenza PA
» uscita = somma delle uscite dei singoli amplificatori
• Uscita RSSI
• Realizzati con stadio che entra in saturazione
– Presenza di portante
– Livello del segnale RF
– Eventuale squelch
– generalmente stadi differenziali, con somma delle correnti
– aumentando il livello cresce il numero di stadi in saturazione
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Esempio di circuito a saturazione
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Esempio di circuito RSSI
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Amplificatore limitatore + RSSI
Amplificatori logaritmici
• Esercizio:
– progetto di amplificatore logaritmico da specifiche assegnate
– valutazione degli errori
– (verifica con misure)
• Specifiche:
– Vedi indicazioni fornite a lezione
• Procedura di progetto: Cap 2, 2.P2
• Laboratorio: Cap 2, 2.L2
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Procedura di progetto
Prossima unità (B)
• Scelta della configurazione circuitale
• Principio di funzionamento del PLL
• Definizione della dinamica in corrente
• Parametri
– Valutazione degli errori al limite superiore della dinamica
– Valutazione dell’errore al limite inferiore, in base
all’operazionale utilizzato
– Scelta dell’operazionale
– Scelta del campo di corrente, in modo da bilanciare gli errori
ai due estremi della dinamica
• Circuiti per PLL
• Applicazioni
– Demodulatori AM, FM, FSK, PSK
– Sintetizzatori e DDS
– Data recovery e sincronizzazione clock
• Posizionamento delle costanti di ingresso e di uscita
• Laboratorio
• Eventuali compensazioni in temperatura
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Prerequisiti per l’unità B
• Prerequisiti
– Da unità A
» moltiplicatori analogici,
» oscillatori sinusoidali,
» amplificatori con operazionali,
– Da altri moduli di elettronica
» circuiti logici
– Dai corsi di Comunicazioni
» Analisi in frequenza di segnali
» Modulazioni analogiche e numeriche
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