基于BiCMOS寬動態(tài)可變增益放大器的設(shè)計

0 引言
可變增益放大器(VGA)可以實(shí)現(xiàn)對不同幅度輸入信號進(jìn)行放大，廣泛適用在磁盤讀取驅(qū)動電路，電視調(diào)諧器等寬輸入動態(tài)范圍的系統(tǒng)中。在無線信號收發(fā)機(jī)的模擬前端和通訊AGC系統(tǒng)中，同樣起著至關(guān)重要的作用。常見的VGA形式多樣。通過改變放大器等效跨導(dǎo)的方法，即改變流入負(fù)載的信號電流大小來改變增益，如Gilhert結(jié)構(gòu)電路，但其全差分的電路堆疊了多層管子，限制了輸出動態(tài)范圍。可簡單地改變輸出電阻，但此時輸出節(jié)點(diǎn)是放大器的主極點(diǎn)，輸出電阻的變化將引起帶寬大大變化。近來，有不少電路構(gòu)造指數(shù)規(guī)律VGA，但電路相對復(fù)雜。本文針對某超外差電視中頻接收機(jī)芯片中的前置可變增益放大器，構(gòu)造了一種由穩(wěn)壓源，VGA和控制電路組成的新電路結(jié)構(gòu)。該電路從電源電壓、動態(tài)范圍、帶寬等關(guān)鍵指標(biāo)出發(fā)，具有高增益，大帶寬等特點(diǎn)，并保證了良好的線性度，而且在控制電路設(shè)計中還考慮了噪聲分配，提高了電路信噪比。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1 電路設(shè)計與分析
1．1 穩(wěn)壓電路
為了避免外界電源波動及溫度變化對MOS管漏源兩端電壓的影響，提高增益控制的準(zhǔn)確性，每級VGA設(shè)計配有獨(dú)立的穩(wěn)壓源。穩(wěn)壓過程是一個負(fù)反饋過程，利用調(diào)整管跨導(dǎo)的調(diào)節(jié)，使輸出維持在一定范圍內(nèi)，如圖2所示。

圖2中Q1，Q2構(gòu)成比較器，M3為調(diào)整管。當(dāng)外界電源擾動或負(fù)載變化使Vout增大時，Vout的增加量通過電阻R2～R4取樣得到，Vref-Vbl值下降，比較器輸出減小，跨導(dǎo)gm3變小，迫使Vout降低，從而輸出穩(wěn)定的參考電壓。工作時：


為了消除放大器自激，在電路中加上C1=C2=1．25 pF。C1跨接在放大器M3兩端，形成密勒補(bǔ)償；C2在反饋回路中和R2并聯(lián)，形成超前補(bǔ)償，有效保證相位裕度大于45°，提高反饋電路的穩(wěn)定性。另外加大了調(diào)整管M3的尺寸，使(W／L)3=10(W／L)1、2，保證其在最壞情況下極限參數(shù)都有充分的余量，保證電路正常工作。
1．2 VGA電路
文獻(xiàn)簡單采用多晶硅電阻和MOS管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，利用柵壓改變輸出電阻值。為了提高線性度和可控性，本文采用輸出電阻和射極電阻并存結(jié)構(gòu)，分別并聯(lián)上不同尺寸的管子P1～P5，N1～N6，結(jié)構(gòu)簡化如圖3所示。