基于双重增益控制技术的超宽带可变增益放大器的设计

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超宽带无线接收系统具有高数据传输率和高抗干扰能力等优点,自动增益控制单元是其重要模块之一。超宽带可变增益放大器是自动增益控制单元的核心部分,可以根据输入信号的功率大小对信号增益幅度进行调整,保证稳定的信号输出。一定带宽内增益变化范围和增益平坦度是超宽带可变增益放大器的两个重要参数。本文提出一种在超宽频带内同时保证大范围增益可变和良好增益平坦度的双重增益控制技术(Dual Gain Control,DGC),基于双重增益控制DGC技术实现了一款超宽带可变增益放大器,主要工作包括:  提出一种双重增益控制DGC技术,由改进的电流镜增益控制结构和动态信号反馈增益控制结构共同实现。改进的电流镜增益控制结构通过调控放大单元的偏置电流实现超宽带可变增益放大器的大幅度增益调控;动态信号反馈增益控制结构通过正向偏置PIN二极管的可变阻抗对部分增益波动较大的频带进行动态信号调整,实现在3~10GHz频带下大范围增益变化范围和良好的增益平坦度。  基于双重增益控制DGC技术设计一款超宽带可变增益放大器。该放大器由两部分构成:超宽带恒定增益放大单元和双重增益控制单元。超宽带恒定增益放大单元包括:输入级,中间放大级和电流增益推进级。输入级采用处于饱和区和放大区的晶体管以及LC网络实现输入匹配;中间放大级部分采用改进型Cascode结构提供大的增益;输出级主要实现电流增益推进和输出匹配。增益控制单元基于上述提出的双重增益控制DCG技术,两种增益控制结构互为补充,同时实现放大器的大范围增益变化和良好增益平坦度。基于双重增益控制技术的超宽带可变增益放大器的仿真结果表明,在3~10GHz频带内,增益变化幅度均达到10dB,每个变化增益的平坦度≤±1.5dB,输入输出匹配和噪声等性能良好。  设计基于双重增益控制DGC技术的超宽带可变增益放大器的版图,对版图和原理图进行Momentum电磁联合仿真,结果表明,在3~6GHz频带内,增益变化幅度为5.5dB,每个变化增益的平坦度≤2.5dB,输入输出匹配和噪声性能良好。基于上述部分版图,对动态信号反馈增益控制技术进行板级验证,测试结果表明,在1.8GHz频率下,增益变化范围为4~18dB,具有良好增益调控能力。
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