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宽带可变增益放大器的研究与设计

作　者: 谢江滨
导　师: 洪志良
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 可变增益放大器宽带 BiCMOS 电压反馈放大器 电流反馈放大器 带宽扩展技术
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


可变增益放大器是自动增益控制系统中的核心电路,广泛应用于各种电子系统中。随着混合模拟信号的频率不断提高,已经进入吉赫兹频段,对于可变增益放大器带宽的要求也越来越苛刻。而目前,不管是发表的论文,还是商用的芯片还很少有上吉赫兹带宽的可变增益放大器。论文通过比较各种可变增益放大器的实现方法和性能,结合带宽扩展技术设计了两款宽带的可变增益放大器。论文首先采用SMIC0.13μmCMOS工艺设计的应用于IR-UWB系统的可变增益放大器,带宽为4.2～4.8GHz,各种条件下的最高增益约为40dB,且在0～40dB范围内可调。核心放大器采用的是经过改进的Cherry-Hooper放大器结构,不但避免了添加直流失调反馈电路的必要,同时还采用了中和电容等先进的带宽扩展技术使得系统满足带宽要求。考虑到工艺的偏差对带宽的影响,设计时在输出端加入了一个电容阵列实现中心频率可调。电路中还添加了温度补偿电路,让整个VGA在0～75℃温度范围内的最高增益偏差从7dB降低到1.7dB。最后,论文采用TSMC 0.18μm SiGe BiCMOS工艺设计了一个可以工作在DC-2GHz,增益可以在-0.93～39.19 dB范围内每2dB可调的超宽带可变增益放大器,可应用于要求严格的测试仪器当中。通过研究各种带宽扩展技术,增益控制技术,最终确定了一种可以实现平衡噪声和输入动态范围的系统结构。在核心放大器的设计上,采用先进的电流反馈型技术实现了较好的带内特性。由于是闭环的放大器,增益精度由无源电阻的比值决定,较为准确。配合使用无源衰减器,使得增益控制精确。在设计的过程中充分考虑了工艺偏差的问题。考虑到了直流失调,为了降低对主电路的影响,加入了数字直流失调校准技术。同时,对于电流反馈型放大器提出了新颖的极点补偿原理,加入的电容阵列可以调节放大器的带宽。使得流片后可以数字校准,提高可靠性和成功率。目前,这款VGA已经完成了版图的设计,准备流片测试。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章 引言  8-12
  1.1 应用背景和研究意义  8-9
  1.2 研究现状  9-10
  1.3 论文的主要工作和创新  10-12
第二章 可变增益放大器概述  12-18
  2.1 自动增益控制环路基础  12-14
  2.2 VGA主要性能指标  14-17
    2.2.1 带宽  14
    2.2.2 增益控制范围和控制特性  14-15
    2.2.3 线性度  15-16
    2.2.4 噪声系数  16-17
    2.2.5 直流失调  17
  2.3 本章小结  17-18
第三章 宽带技术研究  18-32
  3.1 带宽限制  18-19
  3.2 电感峰化  19-22
  3.3 源极电容负反馈  22-23
  3.4 电容中和  23-25
  3.5 Cherry-Hooper放大器  25-27
  3.6 电流反馈  27-28
  3.7 有源反馈  28-29
  3.8 级联优化  29-31
  3.9 本章小结  31-32
第四章 增益控制技术研究  32-42
  4.1 基于跨导或负载可变的可变增益单元  32-33
  4.2 基于模拟乘法器的可变增益单元  33-35
  4.3 基于无源或有源衰减网络的可变增益单元  35-37
  4.4 伪指数函数  37-41
  4.5 本章小结  41-42
第五章 IR-UWB接收机中宽带CMOS可变增益放大器的研究与设计  42-49
  5.1 系统指标和系统结构  42
  5.2 核心单元的设计和仿真  42-46
    5.2.1 基本原理  43-44
    5.2.2 温度补偿  44-46
  5.3 输出缓冲器和电容阵列设计和仿真  46-47
  5.4 VGA系统优化和仿真  47-48
  5.5 本章小结  48-49
第六章 示波器中宽带高精度BiCMOS可变增益放大器的研究与设计  49-83
  6.1 系统指标和系统结构  49-51
  6.2 新型电流反馈型放大器的设计和仿真  51-62
    6.2.1 新型电流反馈型放大器的原理分析  51-54
    6.2.2 前置放大器的设计和仿真  54-57
    6.2.3 输出放大器的设计和仿真  57-60
    6.2.4 直流失调消除电路的设计和仿真  60-62
  6.3 步长衰减器的设计和仿真  62-63
  6.4 带宽限制滤波器的设计和仿真  63-64
  6.5 带隙基准的设计和仿真  64-67
  6.6 系统优化和仿真  67-70
    6.6.1 Monte-Carlo仿真验证直流失调数字校正模块  67-68
    6.6.2 VGA幅频特性和瞬态响应  68-70
  6.7 版图的设计和后仿真  70-82
    6.7.1 固定增益模块的版图设计和后仿真  70-78
    6.7.2 其它模块版图的设计  78-79
    6.7.3 VGA系统的版图和幅频特性后仿真  79-82
  6.8 本章小结  82-83
第七章 总结和展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器
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