可变增益放大器VGA研究笔记.pdf

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1、可变增益放大器(VGA)的研究笔记LOGO1Contents1VGA的简介2VGA的分类3VGA的主要性能指标4一个VGA电路的实例2VGA的简介下图是超外差GPS射频系统的结构图，图中红色矩形就是VGA。3VGA的简介在无线接收机中，天线接收到的信号强度可能变化很大，接收机对于这些不同强度的信号都必须能够正确解调。对于卫星接收机来说，最强信号和最弱信号相差可以达到几十分贝。这是一个很宽的范围，任何恒定增益的接收机都无法正确解调这么宽能量范围的信号。为了正确解调强弱不同的信号，无线接收机的增益必须根据信号强度进行自动调

2、节，使接收机在接收弱信号时具有很高的增益，而在接收强信号时具有较低的增益。这就需要由自动增益控制环路（AutomaticGainControl，简称AGC）来实现。在AGC环路中，变增益放大器是一个核心模块。它的增益应受到外部控制信号的控制。变增益放大器的增益和控制电压的函数关系应该使自动增益控制环路的环路增益在控制信号的整个工作范围保持常数。这个特性使增益控制环路保持一个均匀的环路瞬态响应和恒定的环路稳定时间，而不受输入信号变化的影响。这就要求变增益放大器的增益应随控制信号以dB为单位线性变化，以此来保证自动增益控制环

3、路的稳定时间保持常数。4VGA的分类电路结构控制信号采用的工艺闭环结构模拟信号控制双极集成工艺开环结构数字信号控制CMOS集成工艺5按照控制信号划分模拟信号控制VGA---基于双极型集成工艺左图是一个常见的Gilbert单元，其利用电路的小信号增益随尾电流变化。优点：带宽很宽缺点：增益与控制信号不是指数关系；增益动态范围非常有限。6模拟信号控制VGA---基于CMOS集成工艺当MOS管应用到可变增益放大器时，其一个主要缺点是：增益被限制在20dB左右。要得到高的增益，则必须要使电流与控制信号成指数关系，这样才能增大

4、VGA的动态增益范围，同时实现decibel-linear增益控制，而MOS管的电流服从平方关系。为了得到电流指数特性，使MOS管工作在亚阈值区，或者在MOS工艺中构造寄生双极管，产生指数规律的电流-电压关系。这虽然增大了VGA的动态增益范围，但是随着电路性能的提高，这种VGA的增益动态范围也显得小了。虽然偏置电流或电压的线性变化不能提供输出电压的指数变化，但是通过让控制信号以指数的方式变化，这个问题就能够被很好地解决。下面将会给出一个设计实例。7数字信号控制的VGA基于可编程跨导的VGA基于可变负载的VGA通过改变

5、输入管源级负反采用可变电阻阵列作为放馈电阻Re来调节跨导。大器的负载，调节增益。8数字信号控制的VGA基于可变反馈网络的VGA基于可变衰减网络的VGA通过改变反馈网络的反馈固定增益放大器加可变衰系数来改变增益G=R/R减网络，构成VGA。fin9模拟和数字信号控制的比较Ingeneral,digitallycontrolledVGAsusebinaryweightedarraysofresistorsforgainvariationsandanalogVGAsadoptavariabletransconductan

6、cetocontrolthegain.Foracodedivisionmultipleaccesssystemrequiringapowercontrolrangelargerthan80dB,theVGAwithcontinuouslyvariablegainsispreferredbecauseitavoidssignalphasediscontinuitythatisexpectedtocauseproblems,anditreducesthelargenumberofcontrolbitsrequiredwithd

7、igitallycontrolledVGAs.10VGA的主要性能指标1.增益的动态调节范围---需要增益是控制信号的指数函数，实现线性分贝增益控制特性，现实宽的动态调节范围。2.响应时间---实现高速数据传输，必须要系统有宽的带宽，缩短响应时间。3.环路的稳定时间---当输入信号强弱变化时，系统输出的稳定的时间要尽量的快。除此之外，supplyvoltage,powerconsumption,inputP1dB,noisefigure…11设计实例：AwidebandCOMSvariablegainamplifi

8、erwithanexponentialgaincontrol创新点：Atemperature-independentexponentialgaincontrolfunctionsisrealizedusingparasiticbipolartransistorsandacontrolsignalco