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超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)无线通信技术是一种高数据率、低功耗的短距离无线通信技术,近年来成为国内外研究的热点之一。它可以实现最高480Mb/s,最低110Mb/s的数据率,是无线个人局域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)的解决方案之一。随着CMOS工艺的发展,采用全CMOS工艺实现片上系统(System on chip, SoC)成为一种趋势,以满足芯片低成本和高性能的要求。
在无线通信系统中,由于外部各种因素的影响,接收系统接收到的信号往往会有较大强度的变化。因此在无线接收系统中通常会设计有一种自动增益控制(Automatic GainControl,AGC)电路,它能够根据输入信号的大小变化自动调节接收机的增益,使系统维持一个稳定的信号输出。可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)是其中最主要的组成部分,直接决定了自动增益控制系统的性能。
本论文根据MB-OFDM UWB接收系统和自动增益控制环路的性能要求,在分析多种可变增益放大器结构的基础上,设计了两种宽带、宽增益调节范围的可变增益放大器电路。其中一种是以差分共源共栅放大器结构为基础;为了满足UWB的低功耗要求,又以差分Cherry-Hooper放大器结构为基础进行另一种结构VGA的设计。
在本文的VGA设计中,主要介绍了提高VGA带宽的方法和增益控制方法。两种结构的可变增益放大器电路均实现了宽带和增益对数值随控制电压呈线性变化的特性。并且为了抑制直流失调,使得电路稳定工作,在两种结构的VGA电路中都加入了直流偏移消除(DC Offset CancellatioN,DCOC)电路,它采用直流负反馈的原理,有效地降低了直流失调。
在对电路的原理进行了分析之后,文章分别给出了两种结构的可变增益放大器的电路设计、版图设计和后仿真结果。基于0.18μm CMOS工艺工作在1.8V电源电压的电路后仿真结果表明,两个可变增益放大器均达到了设计要求。