用于高精度模数转换器的CMOS可变增益放大器

针对工业领域数据采集系统对大摆幅模拟信号精确采样的需求,提出了一种方便与高精度模数转换器(ADC)集成的CMOS可变增益放大器(VGA)。该VGA基于反相放大器结构,在5 V单电源供电的条件下支持最大±10 V信号输入。对传递函数的设计和电路结构的优化可保证VGA高线性度的同时不降低信噪比(SNR)。电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺进行设计并流片,面积为0.23 mm^(2),5 V供电时功耗为1.5 mW。在输入信号1 kHz、采样率200 kS/s条件下,将VGA与16 bit逐次逼近寄存器(SAR)ADC进行联合测试,测试结果表明信噪比达到89.80 dB,总谐波失真(THD)为-102.31 dB。该VGA具有输入范围大、精度高、面积小的特点,为工业信号采集应用提供了高集成度的解决方案。

一种用于5G终端增益可调的低噪声放大器设计

针对无线接收机需要对不同强度信号进行不同程度放大的要求,采用WIN公司的0.15μm GaAs pHEMT工艺设计了一款工作频段为5G通信频段3~5 GHz的可变增益低噪声放大器。该放大器包含两级放大电路,均采用自偏置结构,降低了端口数量,通过调节第二级放大电路的控制电压在0至5 V之间变化,可实现系统增益的连续可调范围约39.3 dB(-3.5~35.8 dB)。放大器版图尺寸为0.94×1.24 mm^(2)。控制电压为0 V时,系统噪声为0.53±0.01 dB,增益为35.5±0.35 dB,中心频点4 GHz处,OP1dB为13.2 dBm, OIP3达到32.7 dBm,表明系统具有良好的线性度。

用于宽带任意波发生器的可变增益放大器

在宽带任意波发生器(AWG)研制中,一个重要的挑战来自宽带可变增益放大器(VGA)。作为设备的信号输出接口电路,VGA承担了输出信号放大、共模电压调节、驱动负载等重要功能,在很大程度上决定了设备的综合性能。设计了一款适用于宽带AWG的VGA芯片,采用一种改进的数字增益调节架构,在兼顾带宽的同时,消除了模拟控制电压的影响,并确保了增益的单调性。芯片采用SiGe BiCMOS工艺实现,测试结果表明,芯片可以实现0.125~2倍的单调增益控制,最小增益步进约为0.125倍;在输入信号频率为4 GHz时的输出信号衰减为-2.83 d B。

高精度可变增益放大器的研究与设计

为了实现可变增益放大器高精度及大动态范围的优势,基于GaAs 0.25μm pHEMT工艺,设计了一款工作在0.1~4.0 GHz并行控制的可变增益放大器。放大器由数控衰减器和射频放大器组成。数控衰减单元采用桥T型结构和电平转换电路来实现;正压控制衰减电路简化了电路结构,提高电路可靠性;改进型并联电容补偿衰减结构改善大衰减态高频衰减精度;射频放大器电路采用并联电阻负反馈的共源共栅(Cascode)结构,实现了高增益平坦度和大动态范围。测试结果显示,在工作频带内,可变增益放大器的增益可达20 dB以上、平坦度在1.5 dB以内,可变增益范围为0~31.5 dB、衰减步进0.5 dB,输出三阶交调点最高可达39 dBm,端口回波损耗均小于-15 dB。

可变增益放大器的实现方法

从应用的角度出发 ,给出了典型的可变增益放大器的实现方法 ,总结了实现方法的特点 。

CMOS可变增益放大器设计概述

可变增益放大器是模拟单元电路之一,起着变化增益、调整信号动态范围、稳定信号功率的作用。文章综述了CMOS集成可变增益放大器的研究情况;给出了可变增益放大器的定义、应用、分类和主要指标,描述了多种开环和闭环放大器的结构,分析了相应的增益控制方法及其优缺点;说明了在CMOS工艺下实现放大器增益按指数变化的几种途径。最后,介绍了用于无线数字通信,具有宽带、高线性、低电源电压等高性能可变增益放大器的设计实例。

高精度宽带数字控制可变增益放大器的设计

设计了一种高精度宽带数字控制可变增益放大器,利用增益加强技术改进可变增益放大器的步进精度;同时,引入零点抵消技术,并加入源极负反馈电容,在不增加额外功耗的条件下,拓展了带宽。该电路采用0.18μm CMOS工艺,1.8V供电电源,增益动态范围为62dB,步进精度为1dB,步进误差为0.2dB。设计的可变增益放大器可以提供高达80MHz的带宽,整个电路消耗1.5mA电流,芯片尺寸为300μm×800μm。

采用PIN二极管反馈的射频可变增益放大器

射频可变增益放大器大多基于CMOS工艺和砷化镓工艺,通过改变晶体管的偏置电压或建立衰减器增益控制结构实现增益可调.本文采用高性能的射频锗硅异质结双极晶体管,设计并制作了一款射频可变增益放大器.放大器的增益可控性通过改变负反馈支路中PIN二极管的正向偏压来实现.基于带有PIN二极管反馈的可变增益放大器的高频小信号等效电路,本文详细分析了增益可控机制,设计并制作完成了1.8GHz的可变增益放大器.测试结果表明在频率为1.8GHz时,控制电压从0.6V到3.0V的变化范围内,增益可调范围达到15d B;噪声系数低于5.5d B,最小噪声系数达到2.6d B.整个控制电压变化范围内输入输出匹配均保持良好,线性度也在可接受范围内.

一种指数增益控制型高线性CMOS中频可变增益放大器

采用跨导线性化技术设计了一种具有指数增益特性的高线性中频可变增益放大器．该放大器由电流调节型可变增益单元、宽范围指数电压转换电路及固定增益放大器构成．基于0．25μm CMOS工艺的测试结果表明，放大器实现了8～48dB的增益连续变化，差分输出1V峰峰值下的三阶互调失真小于-60dBc，最大增益处噪声系数为8．7dB，50Ω负载下三阶输出截点为14．2dBm．

CMOS宽带可变增益放大器

设计了一种CMOS宽带、低功耗可变增益放大器.在分析使用源极退化电阻的共源放大器高频特性基础上,通过加入频率补偿电容改变放大器的零极点分布,在不增加功耗的情况下扩展了带宽.分析了放大器在低增益下出现的增益尖峰现象并加以解决.使用跨导增强电路提高了放大器的线性度.两级可变增益放大器使用TSMC0.25μmCMOS工艺.仿真结果表明,放大器在3.3V电压下核心电路功耗为3.15mW,增益范围0～40dB;在负载为5pF电容时3dB带宽大于340MHz,输出三阶交调点高于3.5dBm.

一种利用衰减器实现的超宽带可变增益放大器

提出了一种基于有源可调衰减器的超宽带可变增益放大器,以有源可调衰减器作为可变增益放大器的核心,并与高增益放大器级联,在3.1～10.6GHz超宽频带内实现了宽动态增益调节范围。基于Jazz 0.35μm SiGe HBT工艺,完成了超宽带可变增益放大器的设计,利用安捷伦公司的ADS仿真软件进行仿真验证。结果表明,在3.1～10.6GHz的超宽频带内,当电压在0.7～2.0V的范围内变化时,该放大器的动态增益变化范围大于60dB,3dB带宽大于7GHz,在整个电压变化范围内,S11和S22均低于-10dB,在最大增益处,噪声系数小于5dB。

增益精确的可变增益放大器

可变增益放大器是GPS接收机中的一个关键模块，它与反馈环路组成的自动增益控制电路为模／数转换器（ADC）提供恒定的信号功率。模拟信号控制增益的VGA增益连续变化，但是线性度较差。这里采用电阻形式的负反馈的放大器来设计一个0～30dB增益变化的中频可变增益放大器，VGA的增益精度并不取决于工艺、电压和温度等因素对电阻、MOS管开关的影响，增益误差在各个工艺角下都小于5％。基于0．18μm CMOS工艺的测试结果表明，带内纹波小于0．1dB，IIP3达到31dBm@0dB，功耗为3mA，其中包括直流偏移消除模块和CMOS源极跟随缓冲电路。因此，该放大器适合在接收机模拟前端使用。

一种高dB-线性宽动态范围CMOS可变增益放大器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种高dB-线性宽动态范围的CMOS可变增益放大器。指数电路通过伪Taylor指数函数构造,可变增益单元采用可变跨导、可变负载结构。Hspice仿真结果显示,3-dB带宽为200MHz,在dB-线性内,输出电压的增益动态范围达40dB,误差在±0.5dB之内,电路在3.3V工作电压下总消耗电流为1.6mA。

2～ 8 GHz微波单片可变增益低噪声放大器

报道了一种微波宽带 Ga As单片可变增益低噪声放大器芯片。该芯片采用南京电子器件研究所 76mm圆片 0 .5μm PHEMT标准工艺制作而成。工作频率范围为 2～ 8GHz,在零衰减时 ,整个带内增益大于 2 5d B,噪声系数最大为 3 .5 d B,增益平坦度小于± 0 .75 d B,输入驻波小于 2 .0 ,输出驻波小于 2 .5 ,输出功率大于 1 0d Bm。放大器增益可控大于 3 0 d B。实验发现 ,芯片具有良好的温度特性。该芯片面积为 3 .6mm× 2 .2 mm。

水下无线光通信系统中可变增益放大器的实现

为了减小水下无线光通信系统中接收信号的动态范围,采用可变增益放大器,论述了基于数字模拟转换器和数字电位器实现可控增益的两种方法,并对基于数字电位器实现的方法进行了仿真实验。结果表明,该方法能有效压缩信号的动态范围,并使其趋于稳定。

无共模反馈电路的低功耗可变增益放大器

设计了一种低功耗高动态范围数字控制的可变增益放大器。提出了一种新的稳定输出共模电平的方法,在负载电阻切换的同时改变流过电阻中的电流来保持电阻上的电压降不变,从而稳定输出共模电平。该方法无需额外的共模反馈电路,降低了功耗。同时采用级间电容耦合结构解决了直流失调问题,不需要直流失调校准电路。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺进行了电路设计和仿真。仿真结果表明,该可变增益放大器消耗的平均电流为504.7?A,?3 dB带宽大于1.16 MHz,动态范围达到了81 dB,变化步长为3 dB,增益误差小于±0.65 dB。

一种基于SiGe HBT的宽动态范围可变增益放大器

基于Jazz 0.35μm SiGe HBT工艺,设计了一种宽动态范围的可变增益放大器(VGA)。放大器由三级级联结构构成,分别为输入级、增益控制级和输出级。采用新提出的增益控制结构,实现了较宽的增益动态范围。采用安捷伦的ADS仿真工具,对设计的电路进行仿真验证。结果表明,当控制电压从1.5V到3.0V变化时,VGA的增益在-39～30dB范围内连续变化,S11和S22在整个电压变化范围内均小于-11dB,3dB带宽超过600MHz;最大增益时,噪声系数小于5dB。

一种新型双频段可变增益低噪声放大器

采用SMIC 0.13μm RF CMOS工艺,设计了一款新型的双频段可变增益低噪声放大器(DBVG-LNA),应用于GSM900/DCS1800双频网络通讯系统中.分别采用多谐振网络和开关谐振网络完成输入输出双频段阻抗匹配,采用共栅旁路管和开关切换电阻完成4挡可调增益,有效地解决变频段和变增益兼容难的问题.另外,采用共源共栅差分对结构获取高隔离度和低二次谐波失真.1.2V电源电压,版图面积为0.43μm×0.65μm.仿真结果表明,在GSM900频段电压增益20.6~12.7dB 4挡可调,NF:1.45~2.05dB;在DCS1800频段电压增益19.3~11.2dB 4挡可调,NF:1.36~2.55dB;S_(11)均小于-17dB.

一款适用于WCDMA标准的大动态范围SiGe HBT可变增益放大器设计

第三代移动通信标准WCDMA要求放大器增益可调,并且增益动态范围较大。根据这一要求给出了一种基于SiGeHBT具有高动态范围的可变增益放大器（VGA）设计。放大器为三级级联结构,第一级为输入缓冲级,第二级为增益控制级,最后为放大级。VGA的增益控制通过调整第二级的偏置实现。VGA在1.95 GHz频率下,在0～2.7 V增益控制电压变化下,具有44 dB增益变化范围,最大增益49 dB。在最大增益处最小噪声系数为2.584 dB,输入输出电压驻波比低于2,性能良好。

无线接收机可变增益放大器的设计与实现

设计并实现了一种同时具有可变增益和自动增益控制功能的放大器,可用于无线接收机中。该放大器主要分为4级电压放大电路和控制部分。控制部分是使用STM32单片机作为控制器,控制操作由按键输入实现,LCD1602液晶屏显示键入和系统输出信息。系统可实现可变增益和自动增益控制模式。样机指标达到超过60 dB的最大增益且能在20 dB以上以6 dB步进线性可调。