高精度CMOS可编程增益放大器的研究与设计

论文摘要

在无线通信、磁盘读取、医疗等邻域,可变增益放大器（Variable Gain Amplifier, VGA）是其电子系统中的关键模块。其与信号检测、误差放大电路组成的自动增益控制环路(Automatic Gain Control, AGO为后续电路提供恒定的信号功率,防止系统因为信号过小而无法正常工作或者因为信号过大而发生饱和,极大地提高了系统可处理信号的动态范围,同时也有利于后续电路发挥最佳的性能。论文首先从AGC的基本概念入手,介绍了VGA的原理和设计要求,然后从模拟增益控制和数字增益控制两个方面研究了几种典型结构的VGA,并分析了每种结构的优缺点。同时,针对高精度VGA的设计研究了几种精确增益控制的技术。本文设计了一款具有精确增益步长控制的宽带可编程增益放大器。在传统电阻网络衰减器的基础上,提出了一种新的增益控制方法。该方法采用两个互相重叠的反馈环路,通过改变环路中跨导的比值以实现精细的增益步长控制。芯片采用SMIC0.13μm RF CMOS工艺实现,芯片面积为1.5mmmxlmm。测试结果表明,在1.2V的电源电压下,功耗为24mW,-3dB带宽为600MHz。在24dB的增益范围内,增益精度可达0.08dB。其OdB和24dB增益时的IIP3分别为18.8dBm和-5.57dBm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文主要工作及创新点
• 1.3 论文的组织安排
• 第二章 可变增益放大器概述
• 2.1 可变增益放大器的工作原理
• 2.2 可变增益放大器的两大应用
• 2.3 可变增益放大器的主要指标
• 2.4 本章小结
• 第三章 传统可变增益放大器的种类
• 3.1 模拟控制可变增益放大器
• 3.1.1 基于Gilbert单元的可变增益放大器及其改进结构
• 3.1.2 基于源极衰减电阻的可变增益放大器
• 3.1.3 基于跨导比值的可变增益放大器
• 3.1.4 基于Cherry-Hooper结构的可变增益放大器
• 3.1.5 CMOS指数发生电路
• 3.2 数字控制可变增益放大器
• 3.2.1 基于衰减网络控制的PGA
• 3.2.2 基于反馈电阻控制的PGA
• 3.3 本章小结
• 第四章 精确增益控制技术研究
• 4.1 整数倍电阻组合
• 4.2 电流分配技术
• 4.3 双重反馈回路调节技术
• 4.4 本章小结
• 第五章 高精度宽带可编程增益放大器设计与实现
• 5.1 可编程增益放大器的系统结构
• 5.2 核心增益控制电路的设计
• 5.3 增益误差的分析和优化
• 5.3.1 系统误差的的分析和优化
• 5.3.2 随机误差的分析和优化
• 5.4 带宽扩展电路的设计
• 5.4.1 电容前馈技术
• 5.4.2 有源反馈技术
• 5.4.3 等效电感技术
• 5.5 版图设计
• 5.5.1 系统的整体布局
• 5.5.2 关键模块的版图设计
• 5.6 芯片测试
• 5.6.1 测试方案
• 5.6.2 测试结果与分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢