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關(guān)鍵詞：可變?cè)鲆娣糯笃?可編程增益放大器; CMOS高線性
接收機(jī)模擬前端(以下簡(jiǎn)稱接收機(jī))中的可變?cè)鲆娣糯笃饔脕?lái)調(diào)整信號(hào)大小，改變信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。在一條接收鏈路上通常存在幾個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃�，它們共同作用，使得接收機(jī)前端能輸出滿足信噪比要求，并且具有較大功率的信號(hào)。
隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，接收機(jī)的指標(biāo)在不斷變化，對(duì)中頻可變?cè)鲆娣糯笃鞯男阅芤蟛粩嗵岣�。首先通信系統(tǒng)使用寬帶調(diào)制，要求放大器具有足夠高的帶寬，通常在1～10 MHz左右。其次通信系統(tǒng)使用復(fù)雜的編碼，要求輸出信號(hào)具有較高的信噪比，意味著放大器具有很好的線性度。最后無(wú)線接收機(jī)應(yīng)該盡量降低功耗，那么放大器在實(shí)現(xiàn)大信號(hào)輸出的前提下必須減小偏置電流。以上這些條件對(duì)中頻可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑O(shè)計(jì)提出了苛刻的要求。
文使用跨導(dǎo)增強(qiáng)電路減小放大器輸入管跨導(dǎo)帶來(lái)的非線性失真，不過(guò)其功耗很大，線性度不高；文的輸出差分電壓幅度有限，大約為電源電壓的一半；文使用運(yùn)放加可變電阻的閉環(huán)電路結(jié)構(gòu)，放大器的工作帶寬較小；文的可變?cè)鲆娣糯笃骶哂懈呔�性度和大帶寬，不過(guò)由于采用電流運(yùn)放，其輸入阻抗對(duì)前級(jí)電路構(gòu)成較重的負(fù)載，需要在放大器前插入緩沖器，因此功耗較大；文的輸入采用源極跟隨器的形式，限制了輸入信號(hào)范圍�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些可變?cè)鲆娣糯笃鞯木�性輸入、輸出范圍有限。
本文設(shè)計(jì)的可變?cè)鲆娣糯笃鞴ぷ鲙捲趌～10MHz，可以放大寬帶信號(hào)；輸出信號(hào)幅度可以達(dá)到差分峰峰值3．3V，而總諧波失真低于-60dB，具有較高的線性度。整個(gè)放大器的靜態(tài)功耗為1．5mW。
1 放大器線性分析
圖1是使用源極負(fù)反饋電阻的共源放大器電路圖。根據(jù)差分電路的對(duì)稱性，可以對(duì)半邊電路進(jìn)行分析。在忽略電流源和MOS管輸出電阻的前提下，放大器的增益為
當(dāng)負(fù)反饋電阻Rdeg遠(yuǎn)大于輸入管跨導(dǎo)gm倒數(shù)的時(shí)候，放大器的增益近似等于負(fù)載電阻RLoad和Rdeg的比值。因?yàn)樵鲆嫒Q于兩個(gè)電阻的比值，所以放大器具有較好的線性度。但在實(shí)際應(yīng)用中，該電路的線性度受到很多因素的影響。
最大的影響來(lái)源于跨導(dǎo)的非線性。為了使電路具有高線性度，必須增大gm或增大Rdeg。增大gm意味著增大電流，功耗上升；或者增大MOS管的尺寸，帶寬下降。增大Rdeg則會(huì)增加噪聲；而且如果用MOS管做電流源，其非線性的輸出電阻和Rdeg并聯(lián)，因此也不能無(wú)限增大Rdeg�？偟膩�(lái)說(shuō)，這個(gè)放大器的線性度、帶寬、增益和功耗等參數(shù)之間存在折衷，很難同時(shí)達(dá)到要求。
圖2是使用跨導(dǎo)增強(qiáng)電路的可變?cè)鲆娣糯笃�。觀察左半邊電路，M2管構(gòu)成接地的跨導(dǎo)增強(qiáng)放大器，它和M1、I1、I2構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路。設(shè)M1、Mz管的跨導(dǎo)分別為gml、gm2，A點(diǎn)到地的電阻為RA，那么放大器的增益為，
由式(2)可見(jiàn)，輸入管M1的跨導(dǎo)被增大了gm2RA倍，gml對(duì)增益的影響減弱，放大器的線性度提高。再來(lái)考慮A、B兩點(diǎn)的電壓對(duì)輸入電壓的增益。對(duì)于M1、M2、I1和I2構(gòu)成的電路，如果把B點(diǎn)作為輸出節(jié)點(diǎn)，那么它也叫做超級(jí)源極跟隨器，因此B點(diǎn)電壓和輸入電壓之間是跟隨關(guān)系，增益近似為1。而A點(diǎn)電壓對(duì)輸入電壓的增益為
2 電路設(shè)計(jì)
圖3是使用改進(jìn)型跨導(dǎo)增強(qiáng)電路的可變?cè)鲆娣糯笃�。為了穩(wěn)定電路的直流工作點(diǎn)，在輸入管漏極和跨導(dǎo)增強(qiáng)電路放大管柵極之間插入了隔直電容，這兩級(jí)電路各自偏置，獲得穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)。通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)可以使隔直電容對(duì)電路的交流信號(hào)基本不產(chǎn)生影響。設(shè)Mi管的跨導(dǎo)為gmi(i=1，2，3)，A、B、C各節(jié)點(diǎn)到地的電阻分別為RA、RB、Rc，那么通過(guò)推導(dǎo)可以得出放大器的增益近似為
比較式(4)和式(2)，跨導(dǎo)gml又增大了gm3Rc倍，因此圖3的電路也具有很高的線性度。和圖2電路類(lèi)似，圖3電路中B點(diǎn)電壓和輸入電壓仍然是跟隨關(guān)系，其增益近似為1。A點(diǎn)電壓對(duì)輸入電壓的增益為
比較式(5)和式(3)，A點(diǎn)電壓對(duì)輸入電壓的增益更低，這意味著A點(diǎn)電壓變化幅度更小，輸入管M1的漏源電壓變化幅度更小，gml由于漏源電壓變化產(chǎn)生的非線性更小，電路的線性度更好。以上的分析證明，使用改進(jìn)型跨導(dǎo)增強(qiáng)電路的可變?cè)鲆娣糯?BR>器能進(jìn)一步增大跨導(dǎo)，提高電路的線性度。
對(duì)于使用源極負(fù)反饋電阻的開(kāi)環(huán)可變?cè)鲆娣糯笃鱽?lái)說(shuō)，除了輸入管跨導(dǎo)產(chǎn)生的非線性外，
