增益精确的可变增益放大器

1、增益精确的可变增益放大器时间：2009-08-03 13:13:54 来源：山西电子技术 作者：李 丹，闰涛涛，陈东坡，周健军 上海交通大学 引 言    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030 dB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

2、。1 可变增益放大器原理    模拟电路需要对信号进行放大或衰减，这一功能可由可变增益放大器(VGA)实现。它在无线通信的收发信机模拟前端中，起着至关重要的作用。图1是用于GPS的接收机模拟前端图。处于基波频率的VGA补偿射频模块和中频模块的增益衰减；VGA将输出信号放大到AD转换器需要的幅度。AGC环路改变接收机的增益，调整各级信号动态范围，稳定输出信号功率的作用。    对于VGA电路，IIP3和THD是重要的指标，因为它的输出信号幅度很大。其次，为了实现宽增益范围调节，同时保持不同增益输入功率下恒定的输出建立时间，要求VGA的增

3、益与控制电压成dB线性。VGA增益步长越小越精确，则对ADC的要求越降低。在文中，数字控制的VGA电路提供了30 dB的增益控制范围，使用7b精确控制增益大小，所耗面积和功耗小。2 可变增益放大器结构与性能比较    VGA主要分为开环和闭环两种结构。一种常见的开环结构是文献1采用的Gilbert结构，如图2所示电路。Ms上加一个基准电压，电压Vc控制耦合电流的大小，起到改变增益的作用。但是此结构电路堆叠了四层电路，限制了输出电压的摆幅，而且此电路不能实现指数增益的控制。这些运用最广泛的开环结构中，可变增益放大器主要基于简单差分，或者是伪差分对，使用源极反馈技术，

4、模拟乘法器和使用二极管连接的MOS管作为负载等技术。这些结构最大的问题就是线性度和失真度的问题。    因为负反馈电路具有稳定输出，降低非线性失真的作用，所以闭环结构呈现更好的线性度。常见的闭环电路结构中的VGA使用电阻阵列实现增益控制，例如将电阻和MOS管串联，控制MOS管开关的通断状态实现阻值的变化，进而改变放大器的增益。因为继承电路中的电阻、MOS管开关都受到工艺、电压、温度的影响，难以实现精确的阻值，所以PGA的增益精度有限。文献9使用电流分割技术，实现了精确的增益控制，文献10对电阻网络进行了改进，但是这些电路复杂，额外电路也增加了功耗。这里在没有增加任

5、何设计复杂性的情况下，实现了较为精确的增益控制。3 高性能VGA结构和实现    为了达到要求的增益控制范围和步长，使用两个级联的VGA。第一个部分的VGA实现6 dB步长的增益控制，另一个部分实现精准的O5 dB步长。因此整个VGA实现了粗调和细调(见图2)。    当运算放大器的增益足够大时，闭环VGA的增益等于两个电阻的比值：Gain=-RfRs，改变电阻可以实现增益的变化。粗调的阻值变化很大，改变反馈Rf，会影响粗调输出节点的极点；电阻Rs可变，它对前级将形成变化的负载效应。选择改变Rs，在前级增加缓冲电路进行隔离。 

6、;   首先进行第一级6 dB步长增益的考虑：取Rf=R0，Rs=R1，实现3 dB的增益，那么Rf不变，Rs=2R1，则实现9 dB的增益。同理：当Rs=4R1，实现15 dB增益；当Rs=8R1，实现21 dB增益；当Rs=16R1，实现27 dB增益。    为了更好地匹配，对与电阻串联的MOS管开关尺寸按图3比例设计，Rs等于MOS管的导通电阻和多晶硅电阻，MOS导通电阻与WL成反比。再考虑第二级O5 dB步长增益可以发现，O95转化为dB值等于-0445 5 dB。09为-0915 dB，085为-1412 dB，O8为-1938 d

7、B，075为-2499 dB，O7为-3098 dB。107之间O05的间隔对应于dB中基本接近于05 dB的间隔。使用这个规律，设计可以如下：        两级VGA就可以实现O295 dB(25 dB+27 dB=295 dB)增益控制，且步长可以比较精准地达到O5 dB。由于设计中用的都是电阻的相对值，所以电阻、MOS管开关都受到工艺电压和温度等因素VGA的增益精度的影响会很小。    如图4所示，可变电阻R1是用多晶硅电阻和工作在晶体管区的MOS开关来实现的。开关电阻通常被用在低失真可调模拟模块

8、。MOS晶体管的非线性将产生谐波以及交调失真，这将会降低整个电路的线性度。在文献11中，推导出一个近似的公式来接近开关管的非线性特性。    输入电压Vin被转换成非线性电流Iin流入电流模式的VGA放大器。在弱非线性网络中，已经使用Vol-terra级数推导出非线性谐波失真(HD2和HD3)。    式中：Vin是输入的电压的峰值；R1等于R1+Rds的总和；2，3是二次、三次非线性系数。因此如果把开关管放置在运放的虚地端(即运放的输入端)，则HD2和HD3近似等于0。 4 版图与后仿真结果    图5

9、是用SMIC 018m CMOS工艺实现的VGA版图，芯片面积为：510m×160m，整个版图包括VGA核心部分，直流偏移消除模块，和CMOS源极跟随缓冲电路，恒定Gm的偏置电路。    图6图8给出了VGA在Candence环境下用Spectre工具模拟得到的后仿真结果。图6为输入阶越跳变，得到的输出瞬态响应曲线。    图7为不同的数字增益设置对应的VGA增益。图8是放大器不同增益的频域响应。其增益从0 dB变化到295 dB，其中05 dB一档。5 结 语    本文介绍一种O18m CM

10、OS工艺实现，应用于GPS全球定位系统得可变增益放大器。文中巧妙地应用反馈系统中环路稳定性理论设计放大器；在增益步长的控制上，增益随bit线性化，并保证增益精度不受工艺角偏差影响。仿真结果表明，该放大器适合在接收机模拟前端中使用。通用可变增益放大器 悬赏分：20 | 提问时间：2010-8-13 18:43 | 提问者：2008051318 1基本要求（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±3V； （2）放大器的电压增益可设为三档：0.101.00，1.010.0，10100，放大器在同一档位时增益线性度不低于1%，分辨力不低于1%；增益为100时，在DC1MHz

11、带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；增益为100时、输入端短路，输出端电压值不超过±5mV；，并有过压保护能力；W或50W（5）输入端阻抗可开关设置为大于10M或0。W（6）放大器输出端阻抗可开关设置为502发挥部分（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于±8V； （2）放大器的增益可设为四档：0.1001.000，1.0010.00，10.0100.0，100.01000，放大器在同一档位时线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%；（3）增益为1000，在DC5MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；，在DC5MHz频段内，大信号输出时波

12、形失真度小于2%；W，外接负载50W（4）放大器输出端阻抗为50（5）增益为1000时、输入端短路，输出端电压值不超过±20mV；（6）整体电路成本低，电路工艺简单；（7）其他。基于可变增益放大器AD604的超声衰减补偿电路作者： | 出处：电子发烧友 | 2010-10-27 11:16:13 | 阅读 440 次 基于可变增益放大器AD604的超声衰减补偿电路,AD604是一种低噪声、高精度、双通道、可变增益放大器。它具有增益的分贝数和增益控制电压成正比的特性AD604是一种低噪声、高精度、双通道、可变增益放大器。它具有增益的分贝数和增益控制电压成正比的特性，特别适合于超声仪器中

13、的时间增益补偿电路的应用。文中介绍了AD604的特点、结构和使用方法，并介绍了一种基于该芯片的超声衰减补偿的典型应用电路。AD604是Analog Devices(AD公司)的产品。和同类产品相比，AD604具有超低噪声、高精度、增益连续可调，且增益的分贝(dB)数和增益的控制电压成正比的特点。而医用超声仪器的时间增益控制(TGC)电路要求其增益与控制电压呈指数关系，也就是增益的分贝(dB)数和控制电压成线性关系。因此，在这方面， AD604是一个理想的超声TGC放大器，它能有效减小送入A/D转换器的信号动态范围。1 引脚功能AD604采用24脚封装，并有DIP、SSOP和SOIC三种封装形式

14、，其管脚排列如图1所示。各引脚的功能说明如下：PAI1/PAI2：前置放大器正输入;PAO1/PAO2：前置放大器输出;FBK1/FBK2：前置放大器反馈端;COM1/COM2：信号地;当其接正电源时，前置放大器通道被关闭;-DSX1/-DSX2：微分衰减器信号输入负端;+DSX1/+DSX2：微分衰减器信号输入正端;VGN1/VGN2：增益控制输入端以及电源关闭端。接地时，该衰减通道被关闭;否则随着正电压的增加，增益将逐渐增加;VREF：两个通道的增益控制档。当其电压为+2.5V时，增益为20dB/V，而当电压为+1.67V时，增益为30dB/V;VOCM：输出信号的共模信号控制端。用以确定这部分电路中直流信号的中值电压;OUT1/OUT2：信号