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 03/10/2005 - 1 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 2 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 3 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 4 Circuiti nonlineari 2.2.1 2.2.3 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 5 – k2 e k3 sono un’unica costante – altra costante k4, additiva su Vi ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 6 ETLCE - A5 - © 2005 DDC Page 1 © 2005 DDC 1 ETLCE - A5 03/10/2005 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 03/10/2005 - 7 k2 ∆k4 logVi ETLCE - A5 - © 2005 DDC ∆k4 ∆k4 logVi 03/10/2005 - 8 Amplificatori logaritmici - circuito ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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) 03/10/2005 - 9 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 10 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 11 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 12 ETLCE - A5 - © 2005 DDC Page 2 © 2005 DDC 2 ETLCE - A5 03/10/2005 Errori complessivi Amplificatore log ratiometrico • FdT complessiva invertente • Logaritmo del rapporto di due tensioni log (x) - log(y) = log(x/y) [mV] 03/10/2005 - 13 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 14 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 15 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 16 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 17 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 18 ETLCE - A5 - © 2005 DDC Page 3 © 2005 DDC 3 ETLCE - A5 03/10/2005 Esempio di circuito a saturazione 03/10/2005 - 19 Esempio di circuito RSSI ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 20 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 21 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 22 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 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 03/10/2005 - 23 ETLCE - A5 - © 2005 DDC 03/10/2005 - 24 ETLCE - A5 - © 2005 DDC Page 4 © 2005 DDC 4 ETLCE - A5 03/10/2005 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 03/10/2005 - 25 ETLCE - A5 - © 2005 DDC Page 5 © 2005 DDC 5