安徽大学
本科毕业论文（设计）题目：可变增益放大器的设计
学生姓名：学号：E20314086
院（系）：电子科学与技术学院专业：电子信息工程
入学时间：年月导师姓名：职称/学位：
导师所在单位：电子科学与技术学院
可变增益放大器的设计
摘要
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。
关键词：放大器;可变增益放大器
A Design of Variable Gain Amplifier
Abstract
Variable gain amplifier (VGA) is an analog circuit, which varies gain, adjusts signal dynamic range and stabilizes signal power. An overview of CMOS integrated variable gain amplifiers is made . The definition of VGA and its function, classification and specifications are elaborated. Different open-and closed-loop VGA’s are described, and the advantages and disadvantages of gain control strategies are analyzed. Approaches to achieving exponential gain in CMOS technology are explained. Finally, examples of high performance VGA’s used in wireless digital communication are introduced, which mainly focus on broad bandwidth, high linearity and low supply voltage.
Keywords: Amplifier; Variable gain amplifier
目录
第一章引言 (1)
第二章可变增益放大器的基础 (2)
2．1 可变增益放大器的分类 (2)
2．2 可变增益放大器的结构 (2)
2．3 增益控制 (4)
2．4 指数增益控制的实现 (5)
2．5高性能可变增益放大器 (8)
第三章可变增益放大器的设计实例及仿真结果 (9)
3．1指数控制电路 (9)
3．2放大电路 (11)
3．3仿真结果 (12)
3．4结论 (13)
第四章结束语 (14)
主要参考文献 (15)
致谢 (16)
可变增益放大器的设计
第一章 引 言
模拟电路需要对信号进行放大或衰减,这一功能由可变增益放大器(VGA)实现。可变增益放大器,顾名思义,就是增益可以变化的放大器。它广泛应用在磁盘读取驱动电路]1[、磁数据存储系统]2[、电磁计量器]3[、电视调谐器]4[等许多方面;在无线通信的收发信机模拟前端中,也起着至关重要的作用。它主要用来缓冲由天线位置移动等因素导致的信号强弱变化对系统动态范围的影响，确保接收机正常工作。用于数字声广播的接收机模拟前端结构图，它可采用双正交weaver 结构,包含3级工作在不同频率的VGA 。射频混频器后的VGA 补偿无源中频混频器的增益衰减;滤波器前的VGA 降低其输入信号动态范围,减小滤波器噪声对接收机的影响;滤波器后的VGA 将输出信号放大到A/D 转换器需要的幅度。它们共同起到改变接收机增益,调整各级信号动态范围,稳定输出信号功率的作用。
随着可变增益放大技术的不断发展，它在自动测控、智能测控、智能仪器仪表等重要领域的应用也越来越广泛。从理论上讲，改变集成运算放大器(运放)的反馈电阻或输入电阻，即可改变放大器的增益。但简单地改变反馈电阻或输入电阻所得到的可变增益放大器，往往并不具备理想的性能．有的根本不能正常使用。从应用的角度出发，给出典型的可变增益放大器的实现方法，对可变增益放大器的正确选择和使用有指导意义。
CMOS 电路中VGA 增益改变的传统方法是改变工作在饱和区的MOS 器件的跨导或者改变工作在线性区的MOS 器件的电阻。改变跨导的方法需要一个变化的电流，根据
L
W
KI g D m 2
，如果要求VGA 的增益范围为30 dB ，则偏置电流需要变化1 000倍，这种大
范围电流变化对功耗提出了很高的要求，从而对设计高动态范围的VGA 提出了相当大的挑战。后一种方法只需要调整MOS 器件的栅电压就可以改变器件的沟道电阻．然而MOS 电阻处理的信号能力很低，对于大动态范围的输入信号会引起显著失真．最近几年采用的方法是利用具有两个信号通路的电路，如模拟乘法器，其中一路的信号从另一路中被削减从而获得较大的增益变化。然而乘法器电路的性能主要取决于电路的对称精度以及对非线性部分去除能力，因此VGA 的性能也受到相应的影响。
第二章 可变增益放大器的基础
2．1 可变增益放大器的分类
可变增益放大器根据增益控制方式,可分成增益连续可调的变增益放大器和增益步进变化的可编程益放大。VGA 使用模拟信号控制增益,由于增益连续变化,所以,在数字通信中不会因增益突变而造成调制信号的接收解调错误。PGA 使用数字电路控制增益,从而简化了模拟控制电路。因为其增益是离散的,所以能够在这些离散点上对电路进行优化,得到较好的性能。后文一般不再特意区分,统一称为可变增益放大器(VGA)。从设计方向上可分为开环的VGA 和闭环的VGA 。开环VGA 的研究着力于研究新的电路结构或者是改善现有电路,提高和优化增益带宽积、增益dB 值的线性变化范围、信噪比和输出电压动态范围等性能指标;闭环VGA 由开环VGA 和自动增益控制AGC 电路构成,它的研究着力于VGA 和整个系统的集成,这种集成直接与自动增益控制AGC 电路的实现有关。
2．2 可变增益放大器的结构
VGA 主要分成开环和闭环两种结构。开环放大器的增益一般表示为等效输入跨导m G 和等效输出电阻out R 的乘积:
out
m R G Gain (1)
可以通过改变跨导或输出电阻实现增益变化。直接改变输出电阻是一种简单的变增益方式。文献]6[],5[的输出电阻包含串连电阻和MOS 管开关,开关的通断控制了输出电阻的大小。文献]8[],7[则采用多晶电阻和MOS 管电阻并联的结构,通过控制MOS 管栅极电压,改变其等效电阻,进而改变并联阻值。这种结构的VGA 动态范围大,工作稳定。但由于输出节点通常是放大器的主极点,因此,输出电阻的变化将导致带宽的变化。增益越高,带宽越小。
另一种方法是改变放大器的等效跨导,或者说改变流入负载电阻的交流信号电流的大小。图1是Gilbert 结构的电路。图中,1M 和2M 为输入管,3M ～6M 为耦合管,电压C V 控制耦合电流的大小,起改变增益的作用。
1I 2I
3M 5M 6M 4M c V
1in V 1M 2M 2in V
图1： Gilbert 结构的VGA
图2的放大器称为使用源极负反馈电阻的VGA,它也是一种改变等效跨导的电路。设输入管的跨导为m g ,在源极负反馈电阻deg R 的作用下,放大器的等效跨导变成(2)式,放大器的增益可用(3)式计算。改变负反馈电阻deg R 的值,可以实现增益变化。不过,通常把它看成增益由电阻比值决定的放大器。
deg
1R g g G m m
m +=
(2)
deg
deg
1Load Load m
R R gain R R g =≈
+ (3)
Load
R
Load
R
1
out V
1
M
2
M
1
out V
1
in V
Load
R
2
in V
图2： 使用源极负反馈电阻的VGA
在闭环结构VGA 中,最常见的是基于运算放大器、使用电阻反馈网络的放大器。图3所示是一个基于电压运算放大器的全差分放大器。当使用理想运算放大器时,其增益等于两个电阻的比值,如
21
R G ain R =
(4)
改变电阻,即可实现增益变化。如果电阻2R 可变,它会影响输入、输出节点的极点,使放大器的带宽发生变化;如果电阻1R 可变,它对前级将形成变化的负载效应,需要增加缓冲电路来隔离。和开环VGA 相比,闭环VGA 使用负反馈结构,性能稳定。它的增益取决于电阻之比,线性度较高。在适当的设计下,它可以实现端到端的输入输出,信号动态范围大。然而,对运算放大器高增益、大带宽、低噪声、低失真的要求,使得电路设计比较复杂,功耗相对较高。而且,由于运算放大器自身的限制,难以实现宽带VGA 。文献]10[],9[使用了电压运算放大器,文献]12[],11[则使用电流放大器,构造了电流型反馈结构VGA 。
2R
1R
in V op amp - out V 1R 2R 图3： 闭环结构的VGA
2．3 增益控制
目前有两种方法可以实现自动增益控制AGC 电路,它们分别是模拟电路AGC 和数字电路AGC 。对于宽带系统,设计高性能模拟AGC 电路是困难和复杂的。随着CMOS 技术的发展,数字化AGC 电路可以提供一个比较好的解决方案。
通常情况下,一个数字AGC 电路包含在基带DSP 芯片中,这导致基带DSP 不得不抽出一部分精力完成AGC 的工作,而基带DSP 的本职工作是基带信号处理。因此,当数字AGC 电路从基带DSP 分离出来时,AGC 和DSP 可以专注于它们各自的工作,这种分离也有效地降低了部件相
关性。独立的闭环AGC电路能够重新移植给另一应用系统而无需任何改动。可编程输出电压提高了VGA的通用性,使得VGA能够很好的适应不同应用解决方案的动态范围。基于这种想法,设计并实现了一个具有数字AGC电路的闭环VGA。图4给出了这种闭环VGA的结构。
in out
A A A
C
A D
F ilter/
D igital out
Change pum p D igital AG C
C onfigure inf o
图4：具有数字AGC的闭环VGA结构
2．4 指数增益控制
本节介绍了一种单级宽增益范围CMOS可变增益放大器。同时为实现增益与控制电压的dB 线性,利用MOSFET 的亚阈值特性及差分对转移特性设计了指数电压转换电路。文章给出了电流调节型可变增益放大器的基本结构及为减小非线性失真而设计的优化方案;
图5是放大器的整体结构,增益由可变增益单元与固定增益放大器级联完成, 耦合电容用来消除级间失调, 指数电压转换电路完成增益与外部控制电压的dB 线性。
可变增益单元固定增益单元
输入输出
V
C
外部控制电压指数电压
转换电路
图5：CMOS 可变增益放大器整体结构框图
D D V D D V
R R
OUT
V + _OUT
V
in V + 1M 2M 3M 4M _in V
C V + a I 5M 6M b I _C V
SS I
图6： 电流调节型CMOS 可变增益单元
利用双信号支路相加或相减实现增益调节在Bipolar 工艺中得到广泛应用,本文提出一种类似于Gilbert 型模拟乘法器的电流调节型可变增益单元,或称之为信号相减型栅极驱动可变增益放大器,如图6 所示。 图中in V 为输入信号,C V 为控制信号。 放大器的等效跨导可以表示为:
)
(b a m I I a G -= (5)
其中 a 为与1M ～4M 尺寸及工艺相关的常数; a I 与b I 为两个信号支路的尾电流大小, 且SS b a I I I =+。为避免增益相位翻转, C V 必须始终大于或小于0。 假定C V > 0 ,即a I 始终大于b I 。 则最大增益位于尾电流SS I 全部流过5M 时,即a I =SS I ; 最小增益发生在5M 和6M 电流几乎相等时, 即SS b a I I I 5.0=≈。 设最小增益处a I 和b I 分别为.m in a I 和
.max
b I ,由于输出阻抗不变, 由(5) 式可得, 放大器的增益控制范围可以表示为:
m ax
.m in .m in
.m ax
.lg 20lg 20)(b a ss
m m I I I G
G dB DR -
=???
?
??= (6)
如果考虑最小增益时两个信号支路尾电流之差为ΔI ,需要注意的是ΔI 不能小于双信号支路的等效失配电流, (6) 式改写为:
SS
SS SS SS
I I I
I I I dB DR ?--
=?--
≈21211lg
2022lg
20)( (7)
从上式看出,图6 中可变增益放大器的增益范围由尾电流和失配因子大小决定,在我们的设计中,
SS
I I ?约为2 %,带入(7) 式增益控制范围为37dB 。
基本结构的VGA 单元存在很多的性能缺陷,主要体现在大信号输入时电路线性度恶化,以及尾电流调节支路带来的增益控制不稳定等问题。 实际上,VGA 最小增益对应于最大的输入信号功率,失真引起的信号非理想性远比电路输出噪声带来的影响要大。 电路的输出三阶互调失真表示为 :
2
1
3433X
a a IM =
(8)
式中 IM3 定义为等幅正弦信号X ( sin ω1 t +sin ω2 t ) 在电路输出端引起的2ω1 ±ω2 或2ω2 ±ω1 失真与基频分量ω2 或ω1 的比值。 根据上式, IM3 失真随着输入信号幅度成平方增长。 为保持V GA 输出恒定,有1m ax 1m in l h a X a X =, 1l a 和1h a 分别为VGA 最小和最大增益,则VGA 在最小和最大增益处的三阶互调失真之比为:
3
3
32m in
2m ax 1
13
32m in
1
32m ax
13
m in
m ax 434333DR
a
a X
X a
a a
a X
a a
X
a a IM IM h l
l h
h l
h h l l
?=
?
?
== (9)
式中3l a 和3h a 分别对应于VGA 最小和最大增益处输出信号的三阶项系数;DR 为VGA 增益变化范围,即
11
h
l a a
。 根据(9) 式,为保持放大器三阶互调失真性能在最差情况下满足要求,最
好情况下的IM3将远大于设计要求。 如果认为3a 在两种极限增益下变化范围与1a 相当,则
2
m ax m in 33()IM IM D R =。 为了补偿由于电路不同工作状态引起的性能差异,同时减小性能
的过度余量(性能的过度余量意味着更大的功耗和面积等设计代价) ,需要优化图示的VGA 在大信号输入情况下,即小增益处的非线性失真。
2．5高性能可变增益放大器
在无线数字通信中,信号带宽越来越宽,要求增大VGA带宽;信号调制方式越来越复杂,要求提高VGA线性度;通信持续时间越来越长,要求降低VGA功耗。随着CMOS工艺的发展,MOS 管沟道长度缩小,要求VGA电源电压下降。同时,若保持VGA动态范围不变,则要求VGA 噪声减小。因此,当前VGA的设计正朝着宽带、高线性、低噪声、低压、低功耗的方向发展。这一节对各种高性能VGA的设计进行了讨论。当接收机前端采用多级下变频结构时,第一级中频频率可能在百MHz以上。这对VGA 的设计是一种挑战。闭环结构的VGA由于难以实现高增益、大带宽的运算放大器,它们的带宽较窄。一般使用开环电路来设计宽带VGA。为了提高带宽,可以减小负载电阻或电容,这意味着需要大偏置电流,或降低VGA带负载能力。文献14
[],
[等设计的VGA带宽都在200MHz以上,但它们的功耗都超过了20mW,基本上是用功[],
13
]
17
[],
16
耗换取带宽。文献]15[用MOS管、电容和电流源构造了有源负载,它在高频下等效为感性阻抗,从而增大了带宽。文献]18[分析了共源共栅结构放大器的高频特性,并采用有源反馈的方法,使得CMOS管从共栅形式转化为准共源形式,补偿了高频下阻抗的下降,在低功耗下增加了带宽。在接收机后级,VGA处理大信号,提高信号线性,降低失真是主要目标。公式(1)是开环放大器增益的基本表达式,由于跨导Gm的非线性,输出信号失真较大。为了提高输出信号的线性,要尽量使增益和跨导的绝对值无关。图4使用源极负反馈电阻的VGA,其增益近似等于负载电阻和源极负反馈电阻的比值。因为非线性跨导相对较小,所以,输出信号的线性度大大提高。这一结构适合处理大信号,具有较高的线性。但从公式(3)看到,为了减小跨导的影响,源极负反馈电阻要足够大,而为了获得高增益,相应的负载电阻就要更大。这样,造成电路噪声增加,带宽下降。文献]19[采用跨导增强技术提高输入管的跨导,减小它在(3)式中的影响,达到提高线性的目的。
再从另一个角度分析(1)式的增益表达式。尽管输入管跨导绝对值的线性度差,但是,如果增益能表示为输入管跨导与负载管跨导的比值,那么,输出信号的线性同样可得到提高。另外,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,使用负反馈的VGA,其线性度都比较高。
第三章 可变增益放大器的设计实例及仿真结果
在射频集成电路中，由于各种因素的影响，天线从外部接收到的信号强度变化很大，将会引起信号的衰减。因此需要在射频前端或者变频后的中频端采用可变增益放大器（Variable Gain Amplifier , VGA ）电路。本文设计的VGA 主要用于数字电视机顶盒中的高频调谐器。对于模拟的VGA 可以用MOS 管可变电阻作为差分输入的源级负反馈，以达到增益变化的控制。从而实现低噪声、低失真的目标，但以MOS 管作为可变电阻，在低功率工作时，其电阻和寄生电容降低了高频增益控制范围。采用三级可变跨导式可变增益放大器，其原理是通过改变MOS 管偏压电流达到控制增益变化的目的。它可以实现良好的增益dB-线性控制，但是在低增益时其频响差，为达到低噪声，MOS 管的乘法因子N 必须大，因此不适合在高频段工作。更多的是运用Gilbert 单元实现可变增益放大器，该结构利用
in
V 造成两个负载差分对之间的开关转换以达到控制增益的目的。另外，跨导电路是将输
入端的射频电压信号转变成电流信号。其优点就是可以实现低噪声、低失真，可以在高频段工作。缺点就是由于电流增益与控制电压的数学关系，需要相关电路配合以实现增益dB-线性控制能力。本例在这种结构的基础上构造了一个简单的电路实现近似的指数控制电路，仿真结果表明设计的VGA 具有较好的性能。
3．1指数控制电路
在自动增益控制（AGC ）系统中，为了使总回路的增益响应时间与输入信号幅度无关，一般将VGA 的增益设计成与控制电压成指数的关系。而在CMOS 工艺中没有可以产生指数函数的本征器件，一般通过在CMOS 工艺中兼容双极型管或者通过分段近似指数函数实现，但这种方法的缺点是分段函数的导数是不连续的，且电路设计的难度很大。本设计采用构造一个函数来近似指数函数，此函数是：
2
2)
1()1()(ax k ax k x f -+++=
(10）
如图7所示，这是指数控制电路。为保证21M M 和管工作在饱和区，控制电压C V 必须保持在()()THP
DD THn SS
V V V V -+～的范围内。
图7： 控制电路原理图
从图中可以得到21M M 和管的漏极电流为
()
2
1THp
DD C
p
D V V V
K
I +-= （11）
()22THn
SS C n D V V V K I --= （12）
()ox
p p
C L W K
μ112=，()ox n n C L W K μ222=。经过推导可以得到
()
()
()
??
?
????
???
???
? ?
?--+-?
-=2
2
2
11THp DD C THp
DD
p
THp
DD
p
C V V V V V
K I V V
K
I （13） ()
()()??
?
??????
????
? ?
?+-++?+=2
2
02
21THn
SS C
THn SS
n THn
SS n C V V V V V K I V V K I （14） 假设
,
,SS DD n p
V V K K K
-===而且
TH
THn THp V V V ==，从（13）式和（14）式可以得
到12C C I I 的比值是：
()()
2
2
2
2
2
111???
? ?
?--+-???? ?
?-++-=
TH DD C TH
DD TH DD C
TH
DD C C V V V V V K I V V V V V K I I I （15）
此式是控制电压
C
V 的函数，与（14）式比较可以得出
()2
0TH
DD V V K I k -=，
()TH
DD V V a -=1。
由于在（15）式中是假设SS
DD
V V
-=，而实际上选择0,3.3==SS DD V V V ，
那么控制电压C V 的范围是在
(
)THp
THn V V -3.3和之间。这种情况下，C
C C V I I
和12
在（15）
式中的关系依然成立。常量k 的变化，可以通过改变（15）式中的偏置电流0I 或者晶体管
C V
SS
V
DD V
M1 1D I
2D I
1C I
2C I
M5
M6
2C
1C
M2
I
0I
M4
M3
的尺寸大小K 来实现。因此这就会导致不同的增益变化范围。本文是通过选择一个片外电阻来实现0
I ]
21[。图8是产生0I 偏置电流的电路图，可以得到偏置电流0I 为
()2
2
01112
???
?
??-??=
m R L W C I S
N
ox n μ （16）
式中m 是比例因子。
这样，由控制电路产生的12C C I I 和控制电压C V 成dB-线性关系。将其接到放大电路的一端作为控制信号，实现增益的控制。
图8： 0I 的产生电路原理图
3．2放大电路
图9是实现VGA 所采用的放大电路原理图，并且包含了共模反馈电路]22[。该放大器包含一个输入共源差分对（2017M M 和）和二极管连接的负载（1918M M 和）。控制电路图7中的电流21C C I I 和
M8 I 错I 错误！未指(W
错误
错
错误
错误错
错
错错误！
错错错误！错错
错误！
未指定
图9： VGA 主体电路原理图
通过晶体管65M M 和分别镜像到图9中的 21M 和22M 。因此，可以得到这个VGA 的差分增益为
()()1
2C load C input load
m input m v I L W
I L W
g g A =
=
-- （17）
其中
input
m g -是2017M M 和的跨导，load m g -是1918M M 和的跨导。所以差分增益与C V 之间
的关系是
()()()()
2
2
2
2
11???
? ?
?--+-???? ?
?-++-?
=
TH DD C TH
DD TH DD C TH
DD load
input v V V V V V K I V V V V V K I L W
L W A （18）
因此由（18）式可以看出，只要调节偏置电流0I ，就能达到最优的增益动态范围。如前所述，改变外部电阻S R 即可调节0I 发生变化。所以，这种结构的VGA 可以通过调节外部电阻S R 而使得总的增益发生变化。在该电路中，增加了共模反馈以起到阻止晶体管工作在线性区并检测两个输出端的作用。
3．3仿真结果
该电路设计采用Chartered 0。35umCMOS 工艺，仿真工具是Mentor 公司的模拟射频电路仿真工具Eldo/Eldo RF ，电源电压是3。3V 。
仿真结果如下：增益动态范围（C V =0。7V~2。3V ）约30dB ，频率范围是46MHz~268MHz 。
M22
1C
M21
2
C M17
+
in V M18
M19
M20
-in V +
out V M25
bias I
bias I
ref V
M28
M27
M26
-out V
+out V
-
out V SS
V
DD V
M15
M16
P C
M24
M23
可变增益电路 共模反馈电路
噪声系数 10dB （输入输出阻抗为50Ω），输入三阶交调IIP3在最大增益处为-32dBm ，最小增益处为-2dBm 。图10给出了12C C I I 和C V 成dB-线性关系的曲线图，图11给出了VGA 的增益变化范围。
图10 ： 12C C I I 和C V 成dB-线性关系图
图11： 增益变化范围
3．4 结论
本例采用0.35um CMOS 工艺设计了一种适用于DVB-C 标准的高频调谐器中的可变增益放大器，运用Mentor 公司的Eldo 工具对其进行了仿真，电路的增益动态范围约为30dB ,带宽为46MHz ～267MHz ,功耗为4.63mW 。放大器的性能与设计参数吻合较好,可以应用在数字有线电视接收机的中频段以协同完成射频到中频的调谐放大功能。
第四章结束语
可变增益放大器是十分重要的模拟电路之一。它在模拟前端中起着调节增益,稳定输出,降低后级电路输入信号动态范围的作用。它在不同应用场合需要满足大带宽、高线性、低压低功耗等不同要求。因此,研究可变增益放大器的设计具有十分重要的意义。以上的各种实现方法，有些已在实践中得到成功应用，这些不同种类的可变增益放大器在性能特点、增益的改变方式、电路实现的难易程度等方面各有不同，在具体选用时应综合考虑其中的主要因素。还可以通过增加附属电路的办法。进一步提高放大器的某一项或少数几项性能指标，以满足某些应用场所的特殊需要。
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[15]Hadidi Kh, Jenabi M, SobbiJ, et al. A 300 MHz 18dB variable gain amplifie r[A].IEEE Int Conf Elec Circand Syst [C].Lisboa,Portugal.1998.373-375.
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[18]Kwon JK, Kim KD, Song WC ,et al. Wide band high dynamic range CMOS variable gain amplifier for low voltage and low power wireless applications[J].ElecLett,2003,39(10):759-760
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[21]《电子放大器的理论和设计》佩提，麦克霍特著；柴振明译ISBN：722 73.45573
[22]《放大电路实用设计手册》段九州主编；ISBN：722 73.763
致谢
本论文是在导师吴秀龙老师的悉心指导而后热情关怀下完成的。吴老师广博的专业知识，严谨的治学态度和孜孜不倦的治学精神使我收益非浅。他一贯要求我们严谨求学，努力培养我们自身的创新能力，同时要求我们培养成对科学研究的求实态度。在这一学期的学习中，吴老师给予的指导，教诲，鼓励和帮助不仅使我学业上取得了长足的进步，而且锻炼了我的自学能力，培养了我创新的思想，提高我的综合素质。在此向吴老师致以崇高的敬意和深深的感激之情。
2007年5月
电 子 设 计 竞 赛 题目：可变增益放大器学院：自动化工程学院班级：08级自动化二班学号：200840604055 姓名：杨嘉伟 时间：2010年11月16日
设计任务 一、题目 设计制作一个增益可变的交流放大器。 二、要求 1．基本部分 （1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； （2）可以随机对当前增益进行保持，保持时间为5s，保持完后继续巡回状态； （3）对指定的任意一种增益进行选择和保持（保持时间为5s），保持完后返回巡回状态； （4）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍； 2．发挥部分 （1）对于不同的输入信号自动变换增益： a．输入信号峰值为0—1V，增益为3； b．输入信号峰值为1—2V，增益为2； c．输入信号峰值为2—3V，增益为1； d．输入信号峰值为3V以上，增益为0.5； （2）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。 基础部分 一、设计方案及组成框图 分析设计要求，确定大致思路如下： ①这个电路可以采用反相比例放大器实现对输入信号进行放大。A u=-R f/R 控制反相比例放大电路的反馈电阻实现放大器增益的变换, 即控制R f的阻值。输出信号经过反相跟随器，使输入信号与放大信号同相。 ②想实现R f的自动变换，需的使用模拟开关进行控制。而要想实现电路的自动切换，需要使用多谐振荡器输出脉冲进行控制。 ③要想对一种增益进行选择和保持，需要用一个单稳态触发器来实现电路这一功能。 ④想随机和任意地对一种增益选择和保持，需要用到触发式单刀双掷开关以及逻辑与、逻辑或构成逻辑电路对其进行控制。 ⑤最后该电路主要部分，则通过计数器计数来控制模拟开关。另外想实现
长江大学 毕业设计开题报告 题目名称：可变增益放大器的研究院系：物理与光电学院 专业班级：应用物理11103班 学生姓名： 指导教师：李林 辅导教师：李林 开题报告日期：2015年4月2日
可变增益放大器的研究 学生：王双全物理与光电工程学院 导师：李林物理与光电工程学院 一.题目来源 题目来源于老师的科研项目 二.研究目的和意义 在大自然的空气中由于存在着各种不可预测的非理想因素，从而导致通信系统传输过程中的信号会有较大的变化，导致天线从外部接受的信号的强弱会有不同（绝大多数信号被衰减了）。而且传输信道的非线性因素的存在使得信号衰减，同时信道中的噪声也会对信号的传输有影响，导致信号的强度时大时小。信号强度的大小差别有时会很大，甚至会有几十个分贝。信号强度最大值和最小值的差值范围称为接收机的动态范围，为了使接受到的信号尽可能的可靠，自动增益控制电路（Automatic Gain Control，简称AGC）通常都是接收机系统中必不可少的。AGC 的作用是当输入信号的幅度值偏低时，AGC 会选择较大的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，同样当输入信号的幅度值偏高时，AGC 会选择较小的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，也就是说对于幅度值不固定的输入信号，AGC 可以保证输出幅度值在一定范围内，基本一致。性能优良的AGC 会把输出幅度值控制在下级ADC 最需要的输入信号动态范围内。而AGC 系统中最重要的部分就是可变增益放大器（Variable Gain Amplifier，简称VGA）。AGC 主要是由反馈控制器和控制对象（VGA）两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器构成的。而其控制着VGA 使得输出信号的幅度基本恒定不变。可变增益放大器不断的发展带动了AGC 的发展，使得AGC 在许多的测控设备、智能设备等领域的应用也越来越广泛。可变增益放大器的增益改变方式主要有连续变
通用可变增益放大器（B题） 摘要 本着简单、准确、可靠、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。本放大器系统分为前级放大部分、增益放大与控制电路部分、档位控制部分、后级稳压输出部分四部分。全系统采用单一的模拟电路方式，通过前级放大部分获得所需输入电压、输入阻抗等重要参数；通过拨码开关连接的反馈电阻进行精密全局控制，获得20dB至40dB之间分辨力不低于0.1%的可变增益范围；通过档位控制部分电路实现四个档位增益值转换，在衰减电路的作用下得到三个档位的增益值，即—20dB至0、0至20dB、20dB至40dB；最后通过后级稳压输出部分获得输出幅度不低于±8V的输出电压，此部分电路包括抑制零点漂移的调零电路。通过验证，本系统可以对输出电压数值的漂移，零点漂移等不良影响进行有效地抑制和降低。通过全面的调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求并融入了自己的创新思想，设计出了一个可控范围大、输出幅度高、稳定性好、抗干扰能力强、幅频特性好的通用可变增益放大器。
目录 摘要 (2) 目录 (3) 一、方案论证与比较 (4) 1、前级放大部分 (4) 2、增益放大与衰减控制电路 (4) 3、后级电压输出 (5) 二、系统设计 (5) 1、总体设计思路 (5) 2、主要电路原理分析与计算 (6) 2．1、前级放大电路 (6) 2．2、增益放大与控制电路 (6) 2．3、档位控制电路 (7) 2．4、电压输出电路 (7) 三、系统测试方法与测试数据 (8) 1、测试仪器 (8)
2、测试方法与测试数据 (8) 2．1、测前级放大电路 (8) 2．2、测增益放大与控制电路 (8) 2．3、各级电路调节好后，进行测量和详细记录 (8) 3、测试结果分析 (9) 3．1、测试结果分析 (9) 3．2、误差分析 (9) 3．3、测试心得 (10) 四、总结 (10) 一、方案论证与比较 1、前级放大部分 方案一：采用分立元件实现。此方案成本低，元器件易于得到，但是设计、调试难度过大，硬件电路连接与制作困难，在大赛规定的时间内很难保证作品的可靠性和指标，因此不
通用可变增益放大器 内容摘要：跟着增益控制放大电路技术的不断发展和科学技术的不断进步,根据放大器的特性在自动测控领域、智能测控领域、智能设备等方面有着举足轻重的作用，在一些重要领域的应用也比较广泛。可变增益放大器的增益方式主要有：连续变化和非连续变化两大种类。实际改变增益方有许多种方法，每种方法都各有各自的特点，各有各的优势，各有其优点和缺点。根据理论可分析,如果要改变通用可变增益放大器反馈控制电路的电阻和控制电路的输入电阻,都可以有效改变增益的效果。如果仅是简单地改变控制电路的电阻和控制电路的输入电阻，这样的可变增益放大器往往性能不是很好，有的甚至不能很好的正常运行。所以通用可变增益放大器的选择和使用是非常关键的且意义重大。 关键词：增益放大器自动测控集成运算放大器
General variable amplifier design Abstract:With the continuous and control, intelligent measurement and control, intelligent instruments and meters and other important is becoming more and more widely in the field of application. Variable gain amplifier gain change ways mainly have artificial (or machinery) and programmable two categories (the latter usually with the aid of mu P), there are many types of specific methods, each method has its advantages and limitations. In theory, change the integrated operational amplifier (op amp) feedback resistance or input resistance, can change the gain of the amplifier. But simply change the feedback resistance or input resistance of variable gain amplifier, often do not have the ideal performance, some can't normal use. From the perspective of application, the realization method of typical variable gain amplifier is given to the correct selection and use of variable gain amplifier has a guiding significance. Keywords: Variable gain amplifier Automatic measurement and control Integrated operational amplifier
-------------------------------------------- 加密号： 加密号： 学校编号：NEFU-B-001 学校名称：东北林业大学 队员姓名：姚金龙连建君谭婷 赛点负责人： 教务处章： 2008年8月17日
通用可变增益放大器（B题） 摘要 本着简单、准确、可靠、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。本放大器系统分为前级放大部分、增益放大与控制电路部分、档位控制部分、后级稳压输出部分四部分。全系统采用单一的模拟电路方式，通过前级放大部分获得所需输入电压、输入阻抗等重要参数；通过拨码开关连接的反馈电阻进行精密全局控制，获得20dB至40dB之间分辨力不低于0.1%的可变增益范围；通过档位控制部分电路实现四个档位增益值转换，在衰减电路的作用下得到三个档位的增益值，即—20dB至0、0至20dB、20dB至40dB；最后通过后级稳压输出部分获得输出幅度不低于±8V的输出电压，此部分电路包括抑制零点漂移的调零电路。通过验证，本系统可以对输出电压数值的漂移，零点漂移等不良影响进行有效地抑制和降低。通过全面的调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求并融入了自己的创新思想，设计出了一个可控范围大、输出幅度高、稳定性好、抗干扰能力强、幅频特性好的通用可变增益放大器。
目录 摘要 (2) 目录 (3) 一、方案论证与比较 (4) 1、前级放大部分 (4) 2、增益放大与衰减控制电路 (4) 3、后级电压输出 (5) 二、系统设计 (5) 1、总体设计思路 (5) 2、主要电路原理分析与计算 (6) 2．1、前级放大电路 (6) 2．2、增益放大与控制电路 (6) 2．3、档位控制电路 (7) 2．4、电压输出电路 (7) 三、系统测试方法与测试数据 (8) 1、测试仪器 (8) 2、测试方法与测试数据 (8) 2．1、测前级放大电路 (8) 2．2、测增益放大与控制电路 (8) 2．3、各级电路调节好后，进行测量和详细记录 (8) 3、测试结果分析 (9) 3．1、测试结果分析 (9) 3．2、误差分析 (9) 3．3、测试心得 (10) 四、总结 (10)
《中国有线电视》2007(18) CH I N A D I GI T AL CABLE T V?开发与应用?中图分类号:T N943.6 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2007)18-1700-03 一种可变增益控制放大器 □田 获(思科上海科学亚特兰大有限公司,上海200233) 摘 要:通过对目前有线电视分配网络中放大器的增益和斜率控制所使用的各种方法进行分析和比较,提出了一种新的控制方案,就该方案中使用的新器件和一种可变增益控制(VGC)放大器的具体实现方法作了介绍,其中包括这种放大器的主要特点和整机设计要点。 关键词:有线电视;可调式步进衰减器;可调式步进均衡器;可变增益控制 A Var i a ble Ga i n Con trol(VGC)Am pli f i er □TI A N Huo (Scientific A tlanta of Shanghai CO.,L td(a C I SCO Company),Shanghai200233,China) Abstract:Firstly,analysis and comparis on of the methods which are used t o contr ol the gain and sl ope of the a mp lifier f or CAT V distributi on net w ork syste m are p resented in this paper.Then,a ne w contr ol sche me is br ought for ward.Several ne w devices used in the sche me,a Variable Gain Contr ol(VGC)Amp lifier and its realizing method are als o p resented,including the main features and essential designs of the a mp lifier. Key words:CAT V;adjustable stepp ing attenuat or;adjustable stepp ing equalizer;variable gain contr ol 1 引言 目前有线电视HFC网络中仍使用大量的放大器、光站(光接收机和光发射机)、调制器等各种信号传输和分配设备,为使系统和设备处于最佳工作状态,且能得到最合适的输入输出信号电平,就需要用到衰减器来控制放大器部分的增益和输入输出电平,用均衡器来补偿因电缆引起的放大器斜率变化,而对增益和斜率的控制有手动和自动两种方式,本文仅就手动增益和斜率的控制进行讨论。 2 常用的增益和斜率控制器件及方法 (1)固定式衰减器和均衡器 固定式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值明确直观、数值稳定的优点,但是,一个衰减器或均衡器只能有一个确定的衰减值或均衡值,如果要涵盖所有常用的衰减值和均衡值(例如0～15d B),就要有各种不同值的衰减器或均衡器,这就造成在设备现场调试时因备件不足而造成的不便,这是它的缺点。 (2)可变式衰减器和均衡器 可变式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值连续可调的优点,但衰减值或均衡值无法直接显示出来,必须借助仪器才能得到所需要的值,且其内部碳膜片的频繁磨损可能造成数值不稳定,这是它的缺点。 (3)P I N二极管或集成电路组成的衰减器和均衡器 目前,在欧洲市场上出现了一种用单片机和P I N 管及集成衰减器来组成增益和斜率控制的放大器,称 作者简介:田 获(19512 ),男,工程师,从事光电(Op tical and RF)产品设备的研发工作,E-mail:huo.tian@https://www.doczj.com/doc/974424520.html,。 0071
增益可控射频放大器 一、系统方案 1、方案分析与比较 方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。 方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。 方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。 综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。 2、系统整体设计 根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
图一 二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz ，电压增益为52dB 。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB ，理论上总增益=26+26+26=78dB ，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。 2、频带内增益起伏控制 造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。 3、射频放大器稳定性 由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施： （1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。 （2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB 板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。 （3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。 DC-DC （9V ） DC-DC （5V ） AD8321 AD8321 AD8321 STM32 液晶显示 键盘 直流稳压电源 输入 输出 语音播报 AD809 滤波器 衰减器
安徽大学 本科毕业论文（设计）题目：可变增益放大器的设计 学生姓名：学号：E20314086 院（系）：电子科学与技术学院专业：电子信息工程 入学时间：年月导师姓名：职称/学位： 导师所在单位：电子科学与技术学院
可变增益放大器的设计 摘要 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。 关键词：放大器;可变增益放大器 A Design of Variable Gain Amplifier Abstract Variable gain amplifier (VGA) is an analog circuit, which varies gain, adjusts signal dynamic range and stabilizes signal power. An overview of CMOS integrated variable gain amplifiers is made . The definition of VGA and its function, classification and specifications are elaborated. Different open-and closed-loop VGA’s are described, and the advantages and disadvantages of gain control strategies are analyzed. Approaches to achieving exponential gain in CMOS technology are explained. Finally, examples of high performance VGA’s used in wireless digital communication are introduced, which mainly focus on broad bandwidth, high linearity and low supply voltage. Keywords: Amplifier; Variable gain amplifier
增益可调的放大器设计 实验目的 熟悉并掌握keil软件和PROTEUS软件的运行环境,学会中断的使用方法,用单片机和数据选择器设计一个增益放大器,并且增益可调, 实验仪器 计算机一台 实验原理 开两个中断,一个中断INTE实现增益正向增大,另一个中断INTF实现增益反向减小.第一个中断运用自加一指令使P2的值从00H一直递加到07H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的正向增大调节..第二个中断运用自减一指令使P2的值从07H 一直递减到00H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的反向减小调节.数据选择器的八个数据端口分别连接八个阻值不同的电阻,通过与反馈电阻阻值的比较来实现增益的放大和减小. 试验程序及解析 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTE ;第一个中断 ORG 0013H LJMP INTF ;第二个中断 ORG 0030H MAIN: MOV A,#00H SETB EA;开总中断开关 SETB EX0 ;第一个中断的中断允许 SETB IT0 ;第一个中断为下降沿触发方式 SETB EX1 ;第二个中断的中断允许 SETB IT1 ;第二个中断为下降沿触发方式 SJMP $ ;等待中断 INTE: ;第一个中断 INC A;A自加一 MOV P2,A;A的值送到P2口 CJNE A,#07H,LWY;A不等于07H,则跳转到LWY,等待下一个中断 MOV A,#00H ;A=07H,则对A重新赋值为00H,实现循环增益 LWY: RETI INTF: ;第二个中断 DEC A;A自减一 MOV P2,A;A的值送到P2口
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0～30 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％。 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A／D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，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O．5 dB步长。因此整个VGA实现了粗调和细调(见图2)。
电子器件 Chinese Journal of Electron Devices 第39卷第5期2016年10月 Vol 39No.5Oct.2016 Variable Gain Amplifier with Low Power Analog Front End * ZHANG Yan *，HAN Min （Department of Information Engineering ，Henan Polytechnic ，Zhengzhou 450046，China ） Abstract ：In order to achieve low power gain control of analog front end circuit ，a variable gain amplifier （VGA ）is proposed based on the duty -cycle of a control signal and the ultra -regeneration ，it can realize the precise control of the gain.Different from the traditional majority of variable gain amplifiers ，the proposed VGA circuit is not used in digital control and the interface between the amplifier and the DC/AC converter.VGA integrated circuit implement?ed using 0.18μm CMOS technology to design the adm is to achieve low power consumption.Both simulation and test results show that the maximum gain of the amplifier in the linear range of 900mV is 45dB ，the total harmonic distortion is 0.5%，and the power consumption is 6.4μhttps://www.doczj.com/doc/974424520.html,pared to the conventional variable gain amplifier ，the variable gain amplifier exhibits a greater gain range and lower power consumption.Key words ：super regenerative amplifier ；variable gain amplifier ；analog design ；low power EEACC ：1220doi ：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.05.012 应用于低功耗模拟前端的可变增益放大器 * 张艳*，韩敏 （河南职业技术学院信息工程系，郑州450046） 摘 要：为实现模拟前端电路的低功耗增益控制，提出了一种基于控制信号频宽比的可变增益放大器VGA （Variable Gain Amplifier ），该电路以超再生为基础，能够对增益实施精细控制。与传统的大多数可变增益放大器不同的是，提出的VGA 电路在数字控制和放大器之间的接口并没有使用任何的直流/交流转换器。最终实现的VGA 集成电路使用了0.18m m CMOS 技术进行设计，旨在实现低功率消耗。仿真和测试结果均表明，本文提出的放大器在900mV 的线性范围内最大增益为45dB ，总谐波失真为0.5%，功耗为6.4，相比传统的可变增益放大器，表现出更大的增益范围和较低的功耗。 关键词：超再生放大器；可变增益放大器；模拟设计；低功耗中图分类号：TN432文献标识码：A 文章编号：1005-9490（2016）05-1076-06 最近，人体智能可穿戴设备已经成为一项重要的研究课题［1-2］。在一个典型的人体智能可穿戴设备场景中，无线传感器节点安装在人体内或者体表上，因此需要使用小型电池或免电池的电路。这些超低功率系统通常由一个或多个传感器，信号调节的模拟前端，处理器单元以及一个收发器构成［3］。 如图1所示，生物电信号模拟前端一般包括一个 通常由数字电路控制的可变增益放大器（VGA ）［4］。 在增益分辨率和区域性之间有一个权衡［5］，它可以影响系统的成本。在此前的一项研究中［6］将基带超再生放大器的功能作为应用于生物医学信号采集的自动增益控制（AGC ）循环的组成部分进行论证［7］。文献［8-9］中的添加了两个主要特性：在微分配置中对 输入信号进行采样，以提高共模信号的抑制性，并且通过分离采样和放大阶段使增益独立于输入源阻抗。 在本文中，我们提出一种可以由数字信号的频宽比控制的可变增益放大器。由于其简单的增益设置，这种数字增益控制使得这种电路适合替代常见的可变增益放大器和可编程增益放大器，因为它消除了直流/交流转换器的必要性，同时保留了较高的增益分辨率［6］。这种电路以超再生概念为基础［7］。超再生（SR ）放大器的设计旨在开发一种电路可以提供高增益，低组件数量和较低的工作功耗［8］。在参考文献［9］中，作者考虑将超再生的技术应用于传输基带信号的放大器中，论证了使用离散组件的概念。 ———————————— 项目来源：教育部高校硕士点基金项目（200801120007）收稿日期：2015-10-14 修改日期：2015-11-11 万方数据
摘要 自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。 本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。 本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了详细分析。 关键词：放大器；自动增益控制；电压跟随器；滤波器 ABSTRACT The automatic gain control electric circuit has been widely used in all kinds of receivers、tape recorders and signal gathering systems, and also been used in communications system radar, the broadcast television system and optical fiber communications, microwave communications, satellite communications. This topic mainly studies to the applies to the front level voltage amplification of the audio frequency amplification, therefore the frequency band scope of the electric circuit should be wider that can make the pronunciation signals to pass. Because the frequency band scope of the pronunciation signal is 300 Hz-3400 Hz, so the frequency band scope of our electric circuit should be designed within 300 Hz-3400 Hz. And the electric circuit should realize the closed loop adjustment which increases, it may realize the automatic control through this electric circuit which increases when the tonic train signal is strong automatically that it can reduce the multiple of the amplifier, and when the signal is weak that it can automatically increase the amplifier the multiple, so that can realize the volume with automatic control. This topic also introduced in the concept principle of the automatic gain control as well as to automatically increases the amplifier every part of principle of work the detailed introduction, and it pays attention to the question to the test result of this system .Finally we have make some analysis to the design. Key words：Amplifier； Automatic Gain Control； AGC；Voltage follower；Filter 目录 摘要 (1) 第1章引言 (4) 第2章自动增益控制 (4) 2. 1自动增益控制 (4) 2.1.1自动增益控制基本概念 (4) 2.1.2自动增益控制的原理 (5) 2. 2自动增益控制放大器 (5) 2. 3本课题的研究内容 (5) 第3章自动增益控制放大器的电路设计 (6) 3. 1方案选择 (6) 3. 2压随器工作原理 (8) 3. 3整流电路工作原理 (8)
摘要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 本系统以MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。 本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：放大器，多路转换开关，MCS-51单片机
Summary This text design is a distance to control to increase benefit enlarger.Elucidation the distance control structure and function of increase the benefit enlarger and it be main of characteristics.The end enumerated practical electric circuit This system with the MCS-51 list slice machine and it expand, many road conversion switch, number control to increase benefit enlarger etc. constitute the function stronger hardware electric circuit.Enlarger is application the extensive electronics circuit.It of the function carry on importation signal not to lose to really enlarge.At the broadcasting, correspondence, auto control, the electronics measure etc. various electronics equipments in, the enlarger be a constitute of essential to have part.In every variety the electronics circuit for adopt of electronics instrument and equipments, integration operation enlarger is application the most widespread of imitate electronics spare part.Integration the luck put to go together with up the feedback way of the feedback network and adoption dissimilarity of dissimilarity, can constitute function and characteristic be various totally different integration luck turn on electricity sub- electric circuit, brief name luck turn on electricity road.These lucks' turning on electricity road is in various electronics electric circuit of most basically constitute link. This system can realization increase a benefit from the procedure control, can satisfy each item technique index sign, measure accurate, work credibility, function price more Gao. Keyword:Enlarger, many road conversion switch, MCS-51 list slice machine
低噪声可变增益放大电路的设计和应用 ［摘要］文章介绍一款可变增益放大电路在接收机前端的应用和设计，并通过利用ADS仿真和优化得到实际应用电路。该可变增益放大电路的最大增益为64dB，增益控制范围大于83dB，最大增益时噪声系数达到1.8dB。 ［关键词］低噪声；可变增益放大器 ［作者简介］林磊，上海交通大学电子通讯与电气工程学院电子工程系工程硕士，研究方向：低噪声晶体管应用，上海，201200；沈海根，上海交通大学，上海，201200 ［中图分类号］TN721.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］1007-7723（2009）04-0051-0004 一、引言 射频信号传输时，由于信号传输距离、传输路径损耗等传输条件的变化，接收机输入信号的幅度会在很大范围内变化。因此，在接收机中经常会采用增益控制电路，根据接收信号的大小控制接收机的增益。当输入信号小，前端放大器的增益最大，系统噪声系数最小，以达到最高接收灵敏度；当输入信号大时，调低前端放大器的增益，以防止放大器和后级电路饱和引起饱和失真。根据这个方法，利用可变增益
放大器的增益控制值和混频器RSSI（接收信号强度指示）的输出电平，进行综合判断，就能估算出发射器与接收机之间的距离，再利用定向天线来判断信号的方向，就能够对信号源进行定位。该方法实现简单，电路功耗低，发射器、接收机能长时间连续工作（发射机采用间歇发射，通常可以连续工作6个月以上）。目前该方式普遍应用在野外的动物跟踪系统中。另外，该系统可以应用在城市中独居老人、智障人士等人群或者宠物、物品的跟踪，便于失踪人口、物品的寻找，减少事故的发生。 笔者需要设计一手持接收系统，工作频率，要求接收灵敏度优于-130dBm。针对该系统设计前端低噪声可变增益放大器。 二、电路设计 无线电波在自由空间中传播，其传输损耗Ls的表达式为：Ls=32.45+201gf+201gd。由式可见，自由空间基本传输损耗Ls与频率f和距离d有关。当f或和d增加一倍时，Ls 均会增加6dB。因此无线通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。用电池供电的发射机为了尽量延长工作时间，其发射功率有一定的限制。因此，当发射机的发射功率、工作频率确定后，为了尽可能提高接收距离，就需要保证接