第２８卷第８期 ２００６年８月 电子与信息学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｂ１．２８Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２００６
一种新型的５ＧＨｚ自适应偏置及可变增益低噪声放大器
徐化。 姚远① 石寅① Ｆａ Ｆｏｓｔｅｒ Ｄａｉ。
。（中国科学院半导体研究所神经网络与高速电路实验室 北京 １０００８３）
。（美国Ａｕｂｕｒｎ大学电机与计算机工程系）
摘要该文提出了一种新型的自适应偏置及可变增益低噪声放大器（ｕ Ａ），利用电荷泵（亦称电压倍增器）将ＬＮＡ
输出信号转换成与ＬＮＡ射频输入信号功率成比例变化的直流信号，以此信号同时反馈控制ＬＮＡ的偏置和增益，
来实现自适应偏置以及可变增益低噪声放大器。从而极大地改善了ＬＮＡ的输入线性范围。鉴于５ＧＨｚ频率下，
Ｂｉｐｏｌａｒ相对于ＣＭＯＳ更好的频率特性和低噪声特性，该项研究采用了ＢｉＣＭＯＳ工艺，实现了低于３．０ｄＢ的噪声系
数（高增益状态下）和大约１３ｄＢｍ的输入三阶交调点ＩＩＰ３的控制范围以及大于１５ｄＢ的增益控制范围。
关键词低噪声放大器，自适应偏置，可变增益，电荷泵
中图分类号：ＴＮ７２２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９．５８９６（２００６）０８．１５２１．０５
Ａ Ｎｅｗ ５ＧＨｚ Ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ—Ｂｉａｓｅｄ ａｎｄ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
ＸｕＨｕａ。 ＹａｏＹｕａｎ① ＳｈｉＹｉｎ。 ＦａＦｏｓｔｅｒＤａｉ。
。（１ｎｓｔｉｔ“ｔｅ ｏｆＳｅ， ｉｃＤ门Ｉ ｃｔｏ ，ＣｈｉｎＢ Ｐ ｃ口ｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅ门ｃＢ Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉ门口） 。（Ｄｅｐａｒｔａｒｅｎｔ ｏｆＥｌｅｃｒｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐ“ｔｅｒ Ｅｕｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｕｂ“ｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｇ， “６“ｒ，ｎ ＡＬ３６８４９，ｕｓＡ）
1 宽带直流放大器（C题）
摘要
本作品主要由三个模块组成：前级信号放大、功率放大电路和单片机控制与显示模块。在前级放大电路中，利用两级可变增益放大器AD603来提高增益，再经过甲乙类功率放大电路放大功率，使输出电压有效值大于10V，输出功率超过2W，整个系统使用MSP430F149低功率耗单片机来完成增益调节、显示和数据处理，功率输出部分采用分立元件制作。系统通频带为0HZ~ 20MHZ,最小增益为0dB,最大增益65dB，增益可连续步进调节。
一、 方案论证与比较
1.可变增益放大器
方案一：简单的放大电路可以由分立原件，如三极管等，来搭建放大电路。为了满足增益60dB的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。此方案电路比较复杂，工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。此外，由于采用多级放大，电路稳定性差，元件参数难能调节。
方案二：采用可编程放大器，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降，同时，这方案也增加了设计的难度。
方案三：采用压控增益放大电路，考虑直接选取可调增益的运放实现，如运放AD603。其内部由R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成，由于AD603的电压增益是通过改变参考电压来调节，参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽，单级实际工作时可提供超过20dB的增益，两级级联后即可得到40dB以上的增益，输出最大电压为3V,通过后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过60dB的增益，这完全能够达到题目的要求，有些还可以超过发挥部分的要求；同时这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
具有６０ｄ Ｂ动态范围的 】 ＣＭＯＳ可变增益放大嚣设计
李斌 （中国电子科技集团第五十四研究所，河北石家庄，０５００８１）
摘要：采用０．１ ８ ｕ ｍ ＲＦ ＣＭＯＳ工艺设计了具有指数增益特性的可变增益放大器（ＶＧＡ）。该电路核心结构 由二级可变增益单元级联而成。为扩展带宽，采用了共源共栅结构及有源电感负载。电路采用直流耦岔 方式以降低寄生参数并减少电路面积，并采用直流失调消除环路（ＤＣＯＣ）解决直流耦合方式所带来的直 流偏移电压影响。仿真结果显示，当控制电压从０Ｖ到１．８Ｖ变化时，ＶＧＡ增益变化范围约为一５０～１８ｄＢ， 总增益控制范围大于６０ｄＢ。电路采用１．８Ｖ电源电压供电，总电流消耗为９ｍＡ，总芯片面积为５ ３０ ｍ ｘ ４８０ ｍ。 关键词：可变增益放大器；指数增益特性；直流失调消除环路；宽带 中图分类号：ＴＮ４ ３２ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＣＭＯＳ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ ６０ｄＢ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ ＬＩ Ｂｉｎ （Ｔｈｅ ５４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＣＴ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００８ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｇａｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＶＧＡ）ｗｉｔｈ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｇａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ０．１ ８ ｍ ＲＦ ＣＭＯＳ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ＶＧＡ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ｔｗｏ ｃａｓｃａｄｅｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｇａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｕｓｉｎｇ ｃａｓｃｏｄｅ ａｒｃｈｉｔｅｃ— ｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｌｏａｄ．ＤＣ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｍａｌｌ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｏｗ ａｒｅａ．ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｃａｎｃｅｌ ｔｈｅ ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ＤＣ ｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ＶＧＡ ｖａｒｉｅｓ ｆｒｏｍ－５０ｄＢ ｔｏ １ ８ｄＢ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｈａｔ ｖａｒｉｅｓ ｆｒｏｍ ０ ｔｏ １．８Ｖ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｔｏｔａｌ ｇａｉｎ ｒａｎｇｅ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ６０ｄＢ．Ｔｈｅ ＶＧＡ ｃｈｉｐ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐａｄｓ ｏｃｃｕｐｉｅｓ ａｎ ａｒｅａ ｏｆ ５３０ ｍ×４８０ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ９ｍＡ ｗｉｔｈ ａ １．８Ｖ Ｓｕｐｐｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖａｒｉａｂｌｅ ｇａｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；Ｅｘｉ５ｏｎｅｎｔｉａｌ ｇａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ；Ｗｉｄ ｂａｈｄ －●‘＾ ，』．．．．＾．．＾：……一
一种基于gm/ID方法设计的可变增益放大器
李新，王业飞，杨国坤
（沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110870）
摘要：提出了一种基于gm/ID方法设计的可变增益放大器。设计基于SMIC90nmCMOS工艺模型，可变增益放大器由一
个固定增益级、两个可变增益级和一个增益控制器构成。固定增益级对输入信号预放大，以增加VGA最大增益。VGA
的增益可变性由两个受增益控制器控制的可变增益级实现。运用gm/ID的综合设计方法，优化了任意工作范围内，基
于gm/ID和VGS关系的晶体管设计，实现了低电压低功耗。为得到较宽的增益范围，应用了一种新颖的伪幂指函数。
利用Cadence中spectre工具仿真，结果表明，在1.2V的工作电压下，具有76dB的增益，控制电压范围超过0.8V，
带宽范围从34MHz到183.6MHz，功耗为0.82mW。
关键词：gm/ID；低电压；低功耗；可变增益
中图分类号：TN432文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）24-0146-04
Avariable-gainamplifierdesignbasedongm/IDmethod
LIXin，WANGYe-fei，YANGGuo-kun
（ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China）
Abstract:Avariablegainamplifier（VGA）wasdesignedbasedonGm/IDmethod.ThecircuitwasfabricatedbySMIC90nm
CMOStechnologymodel.Itconsistsofafixed-gainstage，twovariable-gainstagesandagaincontroller.Thefixedgainstage
givespre-amplificationinordertoboosttheVGA’smaximumgain.TheVGA’sgaintenabilityisprovidedbythetwovariable
