超寬帶接收機中自動增益控制芯片的研究與設(shè)計_開題報告(編輯修改稿)
2025-02-14 23:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)狀可變增益放大器(VGA)作為自動增益控制模塊中的核心模塊，對系統(tǒng)的性能具有決定性的作用。傳統(tǒng)的可變增益放大器大多工作在低速環(huán)境當(dāng)中，對帶寬的要求不大，往往只需幾MHz到幾十MHz。但是在超寬帶接收機中，采用的脈沖為納秒甚至亞納秒級別的，這種通信方式對VGA的帶寬提出了新的要求，使得我們必須采用相關(guān)技術(shù)來提高VGA的帶寬。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前研究提高帶寬的方法主要有以下幾種：(1) 電感峰值法[7] ：電感峰值法的思想比較簡單，僅僅是在輸出端負(fù)載一個電感，調(diào)節(jié)該電感的感值使其與負(fù)載端的電容在特定頻率下諧振從而達(dá)到了提高帶寬的方法。這種方法實現(xiàn)起來較簡單提高帶寬效果比較明顯，但是其最大的問題在于引入的電感大大增加了芯片的面積，增加了成本。(2) 有源電感法[8]：針對上述電感峰值法的缺點有人提出了有源電感法，它基本思想是采用MOS管與電容和電阻的混了結(jié)構(gòu)作為負(fù)載，調(diào)節(jié)其參數(shù)。在一定頻率下從輸出端看過去得到的該負(fù)載表現(xiàn)出電感的特性從而可以用來與輸出電容諧振，提高可變增益放大器的帶寬。(3) CherryHooper結(jié)構(gòu)[9]：這種提高帶寬的技術(shù)是以犧牲放大器增益為代價的，并且這種放大器的線性度較差，適合放在前端輸入信號較小的情況下使用。自動增益控制電路處在模擬鏈路的后端需要處理較大輸入信號量，對電路的線性度要求較高。所以這種方法也不太適合本課題的需要。(4)有源反饋法[10]：通過求解系統(tǒng)傳輸函數(shù)的方法來求解其帶寬。這種方法的關(guān)鍵在于傳輸函數(shù)的推導(dǎo)，過程比較復(fù)雜，但是提高帶寬效果比較好。其他的提高帶寬的技術(shù)還有(5) 源級退化電容[11]；(6) fT加倍法[11]等。 通過調(diào)研對比我們對這幾種主要技術(shù)進(jìn)行一個總結(jié)對比，如表3所示：表2 不同提高帶寬技術(shù)對比所用技術(shù)優(yōu)點缺點電感結(jié)構(gòu)簡單面積較大有源電感面積較小引進(jìn)新的寄生參數(shù)，帶寬提高有限Ftdouble無電感功耗較大CherryHooper無電感適用于輸入信號較小的情況，增益小有源反饋無電感無明顯缺點通過對比不同的帶寬提高技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)采用有源反饋法來提高帶寬相對來說是較優(yōu)的選擇，因為這種方法在提高帶寬的同時不會給電路帶來其他明顯的缺點。 指數(shù)增益技術(shù)現(xiàn)狀為了對輸入信號中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)無錯恢復(fù)，AGC電路需要將輸入信號的振幅調(diào)節(jié)到某一特定的范圍。振幅獲取過程一般發(fā)生在前同步信號中，前同步信號之后將傳輸有用的數(shù)據(jù)。因此，AGC環(huán)路穩(wěn)定時間必須小于前同步信號的持續(xù)時間，否則將造成前同步信號之后的有用數(shù)據(jù)丟失。但另一方面，這個持續(xù)時間應(yīng)盡量縮短以充分利用信道帶寬。若 AGC環(huán)路穩(wěn)定時間是輸入信號振幅的函數(shù)，則前同步信號的持續(xù)時間必須比AGC電路的最長穩(wěn)定時間長，而一般數(shù)字通信系統(tǒng)中前同步信號的持續(xù)時間是確定的。因此，為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，AGC環(huán)路穩(wěn)定時間必須精確定義且與輸入信號振幅無關(guān)[12]，這就要求可變增益放大器的增益同控制電壓件存在指數(shù)關(guān)系[5]。在CMOS工藝當(dāng)中增益與控制電壓的指數(shù)關(guān)系較難實現(xiàn)，因為MOS管本身為平方率器件，經(jīng)過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)指數(shù)增益的實現(xiàn)往往通過以下幾種方法來實現(xiàn)。(1)CMOS亞閾值技術(shù)[7]：當(dāng)CMOS工作在亞閾值區(qū)域的時候，柵壓同電流之間滿足指數(shù)關(guān)系，這種指數(shù)關(guān)系使得dBlinear的關(guān)系實現(xiàn)起來比較容易—將控制電壓加載在工作在亞閾值區(qū)域的MOS上就可以實現(xiàn)。但是這樣方法有它一個最大的：工作在亞閾值狀態(tài)的MOS管中往往電流會比較小，這使得它對相關(guān)電容的充放電速度變慢因此電路的工作速度會降低，帶寬較窄。所以這種方法不適合用在帶寬很寬的超寬帶接收機。(2)BiCMOS工藝[13]：利用BiCMO中的BJT晶體管中的電流與電壓的指數(shù)關(guān)系可以實現(xiàn)指數(shù)電壓增益關(guān)
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