基于BiCMOS寬動(dòng)態(tài)可變增益放大器的設計

0 引言
可變增益放大器(VGA)可以實(shí)現對不同幅度輸入信號進(jìn)行放大，廣泛適用在磁盤(pán)讀取驅動(dòng)電路，電視調諧器等寬輸入動(dòng)態(tài)范圍的系統中。在無(wú)線(xiàn)信號收發(fā)機的模擬前端和通訊AGC系統中，同樣起著(zhù)至關(guān)重要的作用。常見(jiàn)的VGA形式多樣。通過(guò)改變放大器等效跨導的方法，即改變流入負載的信號電流大小來(lái)改變增益，如Gilhert結構電路，但其全差分的電路堆疊了多層管子，限制了輸出動(dòng)態(tài)范圍?？珊?jiǎn)單地改變輸出電阻，但此時(shí)輸出節點(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(lái)，有不少電路構造指數規律VGA，但電路相對復雜。本文針對某超外差電視中頻接收機芯片中的前置可變增益放大器，構造了一種由穩壓源，VGA和控制電路組成的新電路結構。該電路從電源電壓、動(dòng)態(tài)范圍、帶寬等關(guān)鍵指標出發(fā)，具有高增益，大帶寬等特點(diǎn)，并保證了良好的線(xiàn)性度，而且在控制電路設計中還考慮了噪聲分配，提高了電路信噪比。結構框圖如圖1所示。

1 電路設計與分析
1．1 穩壓電路
為了避免外界電源波動(dòng)及溫度變化對MOS管漏源兩端電壓的影響，提高增益控制的準確性，每級VGA設計配有獨立的穩壓源。穩壓過(guò)程是一個(gè)負反饋過(guò)程，利用調整管跨導的調節，使輸出維持在一定范圍內，如圖2所示。

圖2中Q1，Q2構成比較器，M3為調整管。當外界電源擾動(dòng)或負載變化使Vout增大時(shí)，Vout的增加量通過(guò)電阻R2～R4取樣得到，Vref-Vbl值下降，比較器輸出減小，跨導gm3變小，迫使Vout降低，從而輸出穩定的參考電壓。工作時(shí)：


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，形成密勒補償；C2在反饋回路中和R2并聯(lián)，形成超前補償，有效保證相位裕度大于45°，提高反饋電路的穩定性。另外加大了調整管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都有充分的余量，保證電路正常工作。
1．2 VGA電路
文獻簡(jiǎn)單采用多晶硅電阻和MOS管并聯(lián)的結構，利用柵壓改變輸出電阻值。為了提高線(xiàn)性度和可控性，本文采用輸出電阻和射極電阻并存結構，分別并聯(lián)上不同尺寸的管子P1～P5，N1～N6，結構簡(jiǎn)化如圖3所示。