EO_487

ANALOG/MIXED SIGNAL OP-AMP 30 - ELETTRONICA OGGI 487 - GIUGNO-LUGLIO 2020 Da test e misure sperimentali effettuate su ricevitori di sistemi transceiver di comunicazioni wireless si è constatato che alla frequenza IF scelta, per ottene- re il miglior ACPR (Adjacent Channel Protection Ra- tio) che consenta un sufficiente margine di non in- terferenza di un canale rispetto al canale adiacente, e quindi ottenere che il livello di potenza dell’IMD3 (prodotto di intermodulazione del terzo ordine), sia prossimo al livello di potenza di rumore nel canale adiacente, il livello di potenza di uscita del VGA deve essere di circa -12 dbm, corrispondente a 112 mV rms su un carico totale di 200 . Livello operativo dell’RMS Detector AD8361 Essendo alimentato l’AGC a una tensione di 5 V, dal datasheet, il massimo valore di uscita del detector AD8361 è di circa 4,8 V. Applicando all’ingresso del detector il massimo livello di tensione pari a quello di uscita di 4,8 V, e considerando il PAPR di 18 db, con l’AGC in equilibrio, se non vogliamo che i detec- tor tagli il segnale nel suo valore massimo di picco, il valore medio di uscita del detector dovrà essere 18 db al di sotto di 4,8 V, ossia: 4,8 * 10 (-18 / 20) = 604 mV ma, tenendo conto che il detector ha un guadagno di conversione di 7.5 V/V rms, il massimo segnale appli- cabile al detector dovrà essere: 604 mV / 7.5 = 80 mV rms Questo valore di tensione è proprio la tensione di uscita che deve fornire il VGA. Inserendo una resi- stenza di 90 fra l’uscita del VGA e l’ingresso del detector che ha impedenza di 225 , si ottiene il valore richiesto di 80 mV rms, anche se, purtroppo, non si ottiene la minima impedenza di carico di 200 di uscita del VGA e quindi il massimo trasferimen- to di potenza al detector. Occorrerebbe infatti una resistenza di 547 in pa- rallelo all’impedenza totale di 315 che vede il VGA per realizzare l’effettivo impedenza richiesta di 200 . In definitiva, abbiamo stabilito che il livello mas- simo applicabile all’ingresso del dell’AD8361 è di 80 mV rms. Riguardo la definizione del massimo valore di lar- ghezza di banda dell’AGC in accordo con il minimo “gain pumping”, in questo progetto, in prima appros- simazione, sulla base di precedenti esperienze e mi- sure, si stima una larghezza di banda del Loop di 200 Hz per un accettabile “gain pumping”, ovvero per una variazione di guadagno massima di 0,5 db picco-picco. Per ottenere una larghezza di banda di 200 Hz con un “gain pumping” di 0,5 db picco-picco, viene previsto il valore di 1,8 K della resistenza interna di filtraggio dell’AD8361, ponendovi in paral- lelo un condensatore da 0,44 uF. Occorre comunque tener presente che la larghezza di banda di 200 Hz è valida per piccole deviazioni del livello di uscita dell’AGC in equilibrio. Ampie variazioni di livello cau- sano un diverso comportamento dell’AGC date le sue caratteristiche di non linearità. Calcolo dei componenti A questo punto, definiti livelli operativi del VGA e del detector, stabilita anche la larghezza di banda di 200 Hz dell’AGC, ci resta da definire il funzionamento dell’integratore/amplificatore di errore realizzato con l’AD820. Premesso che per una larghezza di banda di 200 Hz il guadagno di tutto il Loop dell’AGC è unitario, e che l’AD820 svolge anche la funzione di amplifica- tore, dobbiamo calcolare il guadagno dell’AGC. Ci oc- corre prima di tutto calcolare i guadagni incrementali del VGA e del detector; nel caso del VGA il guadagno è relazionato alla tensione di controllo del guadagno. Dal datasheet dell’AD8367, anche se i parametri sono riferiti ad una frequenza operativa di 240 MHz, con buona approssimazione, anche per la frequenza di 380 MHz, è possibile stabilire che in corrispondenza della tensione di controllo di 0,1 V il guadagno è di 0 db e la pendenza del controllo di guadagno è esatta- mente 50 db/V. Definiti con Vin e Vout rispettivamente i valori rms del segnale RF di ingresso e di uscita del VGA, e con Vg la tensione di controllo del guadagno, di seguito sono riportate le relazioni che conducono al calcolo del guadagno incrementale del Loop. 1) GAIN = 10 (50 * (Vg – 0,1) / 20) In cui 50 è la pendenza del controllo del guadagno del VGA in db/V, 0,1 è la tensione di controllo per guadagno unitario del VGA. 2) V OUT = V IN * GAIN Combinando la (1) con la (2), si ottiene: 3) V OUT = V IN * 10 (-0,25) * 10(2,5 * Vg) Per ottenere la pendenza incrementale differenziamo Vout rispetto a Vg: 4) dVout/dVg = Vin*10 (-0,25) * 10(2,5*Vg) * ln(10) * 2,5 Poi sostituiamo la (3) nella (4) e calcolando ln(10) * 2,5: 5) VGA SLOPE = dVout/dVg = Vout*ln(10) * 2,5 = Vout * 5,75646 A questo punto, considerando che la Vout del VGA è di 112 mV rms con l’AGC in equilibrio, si calcola la pendenza incrementale VGA SLOPE : VGASLOPE = 0.112 * 5,756 = 0,6447 Vrms/V. Abbiamo visto precedentemente che il guadagno di conversione di specifica del detector [tensione conti- nua di uscita/tensione rms di ingresso] è 7,5 V/V, ma, l’inserimento di una resistenza di 90 fra il VGA e il detector rende l’effetto equivalente alla riduzione del guadagno il cui valore si porta a GAINDET = 5,357, ed è questo valore che considereremo nel prosieguo della progettazione.