论文部分内容阅读
由于在大自然的空气中存在着各种不可预测的干扰因素，故接收机接收的外部信号的强弱会有不同。为了提高接收效果，一般的通信接收系统都会有自动增益控制电路，而可变增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)是自动增益控电路的核心部分。可变增益放大器的输出通常给模数转换器（Analog to Digital Convertor,ADC），可变增益放大器要能够满足ADC性能要求，由此可见可变增益放大器的优劣对通信接收系统的性能有很大的影响。首先，本论文分析了无线接收系统中ADC的动态指标，并结合ADC与VGA之间的关系对VGA的指标进行了分析，并由此给出VGA各项指标的具体要求。在此基础上介绍了VGA的几种常见的传统结构，特别是针对开环结构的VGA做了详细说明，重点讲解了开环结构的增益dB线性的控制方式。其次，在深入分析以往VGA的电路结构和控制方式的基础上，本论文的VGA基于曲线拟合构建了增益dB线性的控制方式，设计一个60dB动态范围的可变增益放大器，输入信号的工作频率在10MHz～70MHz之间。单级VGA采用开环源极负反馈的电路结构。通过改变源极晶体管栅极电压来改变晶体管电阻值，从而改变增益。为了使VGA的增益值不受环境干扰，VGA的电流源是由恒定跨导电流电路提供的，从而保证了增益的稳定性。VGA中串接了高通滤波器，不仅仅减少低频噪声的影响，更有利于前后两级VGA的连接。最后，基于0.13μm/3.3V CMOS工艺仿真，输入信号的频率是30MHz，为了使输出满摆幅，输入信号振幅根据增益值而确定。VGA的外部有效增益电压控制范围为0.5V~2.1V，在该电压有效范围内的-3dB带宽为71.94MHz~94.684MHz；同时由于高通滤波器的限制，最低带宽频率约1MHz；总谐波失真都小于-63dB；噪声系数的范围是11.838dB~15.794dB；最大增益值处的噪声是5.3312nV/sqrtHz，最小增益值处的噪声是98.625nV/sqrtHz；增益动态范围是6.36dB~67.08dB，并且增益和外部控制电压信号近似为dB线性关系；同时VGA的平均功耗为27.77625mW。通过仿真结果证实，本论文设计的VGA可以针对12bit100MSPS采样率的ADC，对宽动态范围高速高精度的VGA设计提供了参考。