寬范圍高線性CMOS可變?cè)鲆娣糯笃鞯难芯颗c實(shí)現(xiàn).pdf

1、作為射頻收發(fā)機(jī)中的關(guān)鍵模塊，可變?cè)鲆娣糯笃?Variable-Gain Amplitier，VGA)的增益調(diào)節(jié)范圍直接決定了收發(fā)機(jī)可以處理的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，它與反饋環(huán)路組成的自動(dòng)增益控制電路(Automatic Gain Control，AGC)為基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)提供恒定的信號(hào)功率。位于接收機(jī)后端的可變?cè)鲆娣糯笃餍枰幚泶筝斎胄盘?hào)，因此高線性是VGA的另一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)。然而

2、，寬范圍高線性VGA，尤其基于CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，更是VGA設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，一方面在于CMOS工藝中不具備用來(lái)完成dB線性(linear-in-dB)控制特性的本征指數(shù)率器件，另一方面由于低電壓工作的限制使得放大器的高線性設(shè)計(jì)成為巨大的挑戰(zhàn)。 本文旨在解決寬范圍高線性CMOS可變?cè)鲆娣糯笃髟O(shè)計(jì)技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題。文章首先系統(tǒng)地歸納了包括雙極型技術(shù)在內(nèi)的可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆婵刂茩C(jī)理及指數(shù)增益特性實(shí)現(xiàn)方法，并深入研究了基于CMOS工藝的偽

3、指數(shù)函數(shù)構(gòu)造方法。在歸納總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于CMOS模擬乘法器的電流調(diào)節(jié)型交叉耦合差分對(duì)可變跨導(dǎo)單元，并采用輸入晶體管漏源電壓V<,DS>自適應(yīng)偏置的跨導(dǎo)線性化方法改善了跨導(dǎo)單元在整個(gè)增益范圍內(nèi)的線性度及噪聲等性能。該線性優(yōu)化方法使得輸入跨導(dǎo)晶體管可以根據(jù)輸入信號(hào)的功率自適應(yīng)選擇偏置在高線性的線性區(qū)(三極管區(qū))或高增益低噪聲的飽和區(qū)?；诰€性區(qū)和飽和區(qū)的統(tǒng)一晶體管模型建立了線性化可變跨導(dǎo)電路的三階互調(diào)失真及噪聲模型，理論模

4、型與仿真結(jié)果較好地吻合，并指導(dǎo)設(shè)計(jì)了包括控制信號(hào)在內(nèi)的可變跨導(dǎo)電路?；诰€性化可變跨導(dǎo)，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于有線數(shù)字電視調(diào)諧器的中頻可變?cè)鲆娣糯笃?，整個(gè)VGA由可變?cè)鲆鎲卧?、指?shù)電壓產(chǎn)生電路及輸出級(jí)放大器組成?；?.25μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的芯片測(cè)試結(jié)果表明，電源電壓3.3V下電壓增益為15～58dB，控制范圍43dB；差分輸出2V<,P-P>下三階互調(diào)失真小于-62dB；平均工作電流22.6mA，其中VGA核心單元功耗小于8mA。

5、包含該VGA模塊的數(shù)字有線電視調(diào)諧器專用芯片完成了數(shù)字有線電視調(diào)諧器的開(kāi)發(fā)。 為實(shí)現(xiàn)VGA的低功耗設(shè)計(jì)，本文從噪聲和精度的角度探討了深亞微米CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)中為滿足一定性能要求下的電路所需的最小功耗極限。從VGA的最小功耗極限出發(fā)，本文提出了一種低功耗寬范圍CMOS VGA電路拓?fù)洌捎秒娏髡{(diào)節(jié)型可變跨導(dǎo)與可變電阻的可變?cè)鲆鎲卧箚渭?jí)放大器的可變?cè)鲆娣秶貙捔艘槐?。基?.25μm RF-CMOS工藝工作在2.5V電源電