ETLCE - A5 03/10/ /10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC. V o = k 1 log(k 2 (V i +k 4 )) + k 3

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1 Modulo Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione Elettronica delle telecomunicazioni A - Amplificatori con AO, filtri, mixer A5 - Amplificatori logaritmici» funzione di trasferimento» parametri» errori» procedura di progetto Contenuti del Gruppo A Amplificatori con transistori rete di polarizzazione analisi con modello lineare e nonlineare BJT e MOS applicazioni della nonlinearità Oscillatori oscillatori sinusoidali Mixer a trasconduttanza, BJT e MOS, a diodi Circuiti nonlineari amplificatori logaritmici 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Amplificatori logaritmici: dove? Contenuto di questa lezione (A5) Circuiti nonlineari Classificazione Canale di amplificazione FI, circuiti RSSI Amplificatori logaritmici Analisi funzionale» parametri di una f.d.t. logritmica Circuiti» cause di errore» procedura di progetto Riferimenti nel testo» Circuiti nonlineari - classificazione e circuiti base 2.2.1» Amplificatori logaritmici ed esponenziali /10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Circuiti nonlineari Amplificatori logaritmici - funzione Errori offset, guadagno nonlinearità» deviazioni dal comportamento (nonlineare) desiderato Relazione logaritmica generica V o = k 1 log(k 2 (V i +k 4 )) + k 3 Approssimazione a segmenti amplificatori con guadagno e offset legati a campi della Vi» raddizzatore attivo Approssimazione continua occorre un elemento con nonlinearità intrinseca» Moltiplicatori: quadrato, radice, funzione polinomiale» Giunzioni: caratteristica esponenziale o logaritmica» Amplificatore logaritmico due gradi di libertà effettivi k2 e k3 sono un unica costante altra costante k4, additiva su Vi 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Page DDC 1

2 Amplificatori logaritmici - funzione Costante k4 e offset di ingresso Rappresentazione su diagramma semilogaritmico 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 nonlinearità a bassi Vi Vo Un errore additivo sull ingresso equivale a un offset Uguali variazioni di k4 determinano spostamenti diversi sull asse logvi L effetto sull uscita dipende dal valore di Vi Vo V o = k 1 log(k 2 (V i +k 4 )) + k 3 k1 k3 k2 k4 logvi logvi 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Amplificatori logaritmici - circuito Circuito per amplificatori logaritmici Sfruttare la relazione logaritmica tra corrente e tensione in una giunzione PN imporre la corrente V BE = rilevare la tensione» configurazione con A.O. a trasconduttanza Giunzione logaritmica Giunzione di riferimento 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/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Errori per correnti basse Errori per correnti alte Verso il limite inferiore della dinamica: Bassa tensione ai capi di R1» Voffset dell operazionale Bassa corrente nella giunzione»ioffe Ibias Verso il limite superiore della dinamica: Correnti elevate Caduta su r BB della giunzione» Segno definito: caduta aggiuntiva sulla giunzione» Caratteristica Vo(Vi) curvata, come se Vi fosse più alta 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Page DDC 2

3 Errori complessivi Amplificatore log ratiometrico FdT complessiva invertente Logaritmo del rapporto di due tensioni log (x) - log(y) = log(x/y) [mv] 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A 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/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Convertitori AC-DC logaritmici Amplif. logaritmici a saturazione Approssimazione a spezzata Catena di amplificatori con ginocchio Amplificatori A/1: Guadagno A per Vi > E, 1 per Vi > E» uscita diretta dall ultimo stadio Amplificatori A/0: Guadagno A per Vi > E, 0 per Vi > E (in realtà Vu = S)» uscita = somma delle uscite dei singoli amplificatori Realizzati con stadio che entra in saturazione generalmente stadi differenziali, con somma delle correnti aumentando il livello cresce il numero di stadi in saturazione Adatto per AC, larga banda, ampia dinamica Conversione AC-DC stadio per stadio dinamica ridotta sul singolo convertitore Applicazioni: misura potenza RF CAG per LNA e amplificatori IF Controllo potenza PA Uscita RSSI Presenza di portante Livello del segnale RF Eventuale squelch 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Page DDC 3

4 Esempio di circuito a saturazione Esempio di circuito RSSI 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A 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/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Procedura di progetto Prossima unità (B) Scelta della configurazione circuitale Definizione della dinamica in corrente 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 Posizionamento delle costanti di ingresso e di uscita Eventuali compensazioni in temperatura Principio di funzionamento del PLL Parametri Circuiti per PLL Applicazioni Demodulatori AM, FM, FSK, PSK Sintetizzatori e DDS Data recovery e sincronizzazione clock Laboratorio 03/10/ ETLCE - A DDC 03/10/ ETLCE - A DDC Page DDC 4

5 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/ ETLCE - A DDC Page DDC 5