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文檔簡介
1、作為射頻收發(fā)機中的關(guān)鍵模塊,可變增益放大器(Variable-Gain Amplitier,VGA)的增益調(diào)節(jié)范圍直接決定了收發(fā)機可以處理的信號動態(tài)范圍,它與反饋環(huán)路組成的自動增益控制電路(Automatic Gain Control,AGC)為基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter,ADC)提供恒定的信號功率。位于接收機后端的可變增益放大器需要處理大輸入信號,因此高線性是VGA的另一個關(guān)鍵設(shè)計指標。然而
2、,寬范圍高線性VGA,尤其基于CMOS工藝實現(xiàn),更是VGA設(shè)計的一個難點,一方面在于CMOS工藝中不具備用來完成dB線性(linear-in-dB)控制特性的本征指數(shù)率器件,另一方面由于低電壓工作的限制使得放大器的高線性設(shè)計成為巨大的挑戰(zhàn)。 本文旨在解決寬范圍高線性CMOS可變增益放大器設(shè)計技術(shù)中的關(guān)鍵問題。文章首先系統(tǒng)地歸納了包括雙極型技術(shù)在內(nèi)的可變增益放大器增益控制機理及指數(shù)增益特性實現(xiàn)方法,并深入研究了基于CMOS工藝的偽
3、指數(shù)函數(shù)構(gòu)造方法。在歸納總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于CMOS模擬乘法器的電流調(diào)節(jié)型交叉耦合差分對可變跨導單元,并采用輸入晶體管漏源電壓V<,DS>自適應偏置的跨導線性化方法改善了跨導單元在整個增益范圍內(nèi)的線性度及噪聲等性能。該線性優(yōu)化方法使得輸入跨導晶體管可以根據(jù)輸入信號的功率自適應選擇偏置在高線性的線性區(qū)(三極管區(qū))或高增益低噪聲的飽和區(qū)?;诰€性區(qū)和飽和區(qū)的統(tǒng)一晶體管模型建立了線性化可變跨導電路的三階互調(diào)失真及噪聲模型,理論模
4、型與仿真結(jié)果較好地吻合,并指導設(shè)計了包括控制信號在內(nèi)的可變跨導電路?;诰€性化可變跨導,本文設(shè)計實現(xiàn)了應用于有線數(shù)字電視調(diào)諧器的中頻可變增益放大器,整個VGA由可變增益單元、指數(shù)電壓產(chǎn)生電路及輸出級放大器組成。基于0.25μm CMOS工藝實現(xiàn)的芯片測試結(jié)果表明,電源電壓3.3V下電壓增益為15~58dB,控制范圍43dB;差分輸出2V<,P-P>下三階互調(diào)失真小于-62dB;平均工作電流22.6mA,其中VGA核心單元功耗小于8mA。
5、包含該VGA模塊的數(shù)字有線電視調(diào)諧器專用芯片完成了數(shù)字有線電視調(diào)諧器的開發(fā)。 為實現(xiàn)VGA的低功耗設(shè)計,本文從噪聲和精度的角度探討了深亞微米CMOS模擬集成電路設(shè)計中為滿足一定性能要求下的電路所需的最小功耗極限。從VGA的最小功耗極限出發(fā),本文提出了一種低功耗寬范圍CMOS VGA電路拓撲,采用電流調(diào)節(jié)型可變跨導與可變電阻的可變增益單元使單級放大器的可變增益范圍拓寬了一倍。基于0.25μm RF-CMOS工藝工作在2.5V電源電
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