[發明專利]一種NEXT系列產品CMOS自動增益控制電路

在審

• 申請號: 201610210179.2
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN107276548A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 徐云鵬
• 申請（專利權）人: 江西云暉生物芯片技術有限公司
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線通信電路領域的具體應用，尤其涉及一種NEXT系列產品CMOS自動增益控制電路。

背景技術

科學技術的發展日新月異，在過去十幾年中，以手機和其它無線設備終端為代表的無線通信產品的快速普及和更新換代使得我們的工作方式和生活方式都發生了巨大而深刻的變化。如今無線通信產業已經成為世界上最為龐大的產業之一。接收機作為信號接收處理的第一站，肩負著信號的提取、降噪、放大和頻譜搬移的重要任務，其性能決定著后續信號處理的好壞，是模擬射頻電路的重要應用和不可替代性的集中體現。在無線接收機中，由于信道是非理想的且處于不斷變化中，天線從外部接收到的信號強度也是變化的。比如接收機和發射機距離變化形成的“遠近效應”，高大建筑物的遮擋形成的“陰影效應”，信號在信道中的反射、折射產生的“多徑效應”使得接收點處的信號電平隨時間變化而起伏。GSM通信系統的信號電平強弱變化可達80dB。為了保證良好的接收效果，在接收機中通常使用自動增益控制，自動增益控制（AGC）系統可以用于混頻前的射頻放大級，但一般是應用于中頻放大級。

數字AGC的優點在于，除VGA外所有模塊均可在數字域中實現，從而可以精確地控制電路的增益，減小模擬電路的設計難度。然而由于AGC的控制信號產生要經過A/D變換、數字處理的步驟，反饋調節周期很長；如果出于任務需要要對自動增益控制環路的參數、性能進行改進，那么需要其數字處理部分也要相應進行調整甚至重新設計；而且VGA的增益一般根據數字增益控制字的大小按dB步長變化，VGA的輸出仍然會有一定的能量變化范圍。而模擬AGC本身可以作為一個相對獨立的模塊，具有很強的可移植性，對輸入信號強度變化反應很快，增益可以做到連續可調。

20世紀90年代，AGC環路便開始廣泛應用于接收機系統中，進入21世紀，許多學者和研究機構不斷地對AGC電路性能進行改進。2009年，Yen Ju The 和 Choong Foo Chung 采用0.18μm CMOS工藝設計了一種數字控制型的超寬帶VGA，增益范圍是3~47dB，步長為1dB，帶寬達到450MHz，三階交調點20dBm，噪聲系數為19dB，功耗約為27mW。2010年，清華大學劉萌萌提出了一個用于超寬帶接收機的模擬型自動增益控制環路。該AGC環路采用兩路三級VGA級聯結構，同時接收I路和Q路信號，兩路信號通過峰值檢測電路后進入模值運算電路檢測復信號的模值，得到控制信號后再去控制兩路VGA的增益。該設計基于HJ0.18μm CMOS工藝，-3dB帶寬為500MHz，增益動態范圍為40dB，輸出三階交調點OIP3為20dBm。但隨著接收機的不斷發展，其應用場景越來越豐富，這就需要根據實際應用特點，從擴大增益動態范圍、提高線性度、降低功耗和消除直流失調方面不斷做出改進，對AGC電路進行更加深入的探索。

發明內容

為了設計一款可以應用于70MHz中頻的增益連續可調的放大器。本發明的目的在于提供一種NEXT系列產品CMOS自動增益控制電路，本發明具有結構簡單合理、輸出信號幅度穩定、線性度高、功率傳輸效率高和芯片面積開銷少的特點。

為了實現上述系統，本發明采取的技術方案是：

一種NEXT系列產品CMOS自動增益控制電路，其特征在于該自動增益控制電路由可變增益放大器、固定增益級、峰值檢測器、比較器構成，其中可變增益放大器包括：VGA主體放大單元、共模負反饋電路、直流失調消除電路、dB線性變換器；具體的，為了設計一款可以應用于70MHz中頻的增益連續可調的放大器，選擇模擬型AGC環路且3dB帶寬包含70MHz，由于單級VGA實現30dB動態范圍比較極限，并且要剔除增益誤差較大和失真嚴重的增益區間段，為了保證設計裕量，使用兩級VGA結構，可變增益放大器基于CMOS技術，在每一級后連接直流失調消除電路；同時使用固定增益級來抬高AGC的整體增益的絕對值，固定增益級輸入跨導級采用全差分結構，能夠較好抑制共模噪聲，引入源極負反饋，使得增益是g_m的弱函數，提高了線性度，相較于偽差分結構，噪聲性能更好，為防止工藝失配產生的直流失調對后級放大電路產生影響，在VGA中加入Gm-C直流失調消除電路，引入共模負反饋電路來穩定輸出的靜態工作點，使得各級電路均能工作在正常狀態。該發明具有結構簡單合理、輸出信號幅度穩定、線性度高、功率傳輸效率高和芯片面積開銷少的特點。