本文设计了一款7位数字控制可编程增益放大器(DPGA),它是高性能大动态范围CMOS图像传感器的一个子模块。它本身又由若干个子模块组成,主要包括时钟产生电路,基准源和偏置电路,高性能全差分放大器,开关电容放大器和数字逻辑单元等。文章首先介绍了DPGA的主要性能参数,然后阐述了DPGA的设计思想和系统架构,以及各级电路的工作原理,重点分析了全差分放大器的电路特点和设计方法,以及采用开关电容(SC)电路来实现采样保持功能的实现方法;最后对电路内部各模块逐一进行了较为详细的分析,并给出了电路仿真结果。该芯片经过版图后仿真成功后,现已投片。在CMOS图像传感器芯片中,需要一个可以根据光强变化来处理不同亮度信号的可编程增益放大器,它可以扩展整个系统的动态范围。CMOS图像传感器的列放大器把从像素单元传来的信号通过前级放大器传送到DPGA,通常,我们用开关电容放大器来实现信号的采样和放大,用数字逻辑模块来控制开关电容电路中电容阵列的开关,通过不同的开关逻辑组合实现对不同增益的选取。其中列放大器把从像素单元传来的信号传递到第一级放大器中,第一级放大器为仪器放大器,它对应于每一列像素单元;第二级放大器为全差分增益放大器;而DPGA是对大小不同的输入信号在7位数字控制电路的调控下进行不同级别的放大,从而产生10位高速流水线A/D转换器可以进行处理的信号。DPGA总体上分为3级工作,具有流水线结构。第一级是固定增益放大器,它对来自二级放大器的输出信号进行采样,并将信号放大为原来的2倍,将其换算为以dB表示的倍数为6dB;第二级和第三级分别由7位数控的低三位和高四位控制,分别以1/8dB和1dB为步长进行增益步进。从总体上看,DPGA从2倍到12倍均匀地以1/8dB为步长进行变化,共有128个增益步进,从而可以处理来自前级的大小不同的信号。