数字控制可变增益放大器的设计

摘要

可变增益放大器（VGA）是模拟集成电路中的常见结构，它能根据实际需要，提供一定范围内的可调增益，能有效地处理或输出不固定的信号，广泛应用于通信设备、医疗设备、显示成像等设备中。本文研究的VGA是用于微纳控光器件，将输入的数字逻辑电平，经过可调放大，输出方波电压作用于液晶微纳控光器件。
　　本文首先详细介绍了VGA的主要三种结构，分析其特点和适用范围，综合比较各种结构的优缺点，根据实际情况选择最合适的电路结构；之后介绍了VGA中的核心电路运算放大器，对常见的几种运放结构分析比较，从运放的主要性能参数出发，选取合适的结构；其次，从上而下的划分了电路框架，定义电路功能，自下而上的完成了电路的设计，通过分析计算电路的仿真结果，与实际需求比对；最后，介绍了VGA的版图设计。
　　本文设计的VGA采用可变反馈的闭环结构，通过将8bit的数字控制信号译码，得到120种控制信号组合，从而对开关电阻阵列进行编程控制，得到120步线性可变的放大倍数。电路中的运算放大器采用折叠式共源共栅和共源级的二级结构，全差分运放由单级的折叠式共源共栅和带源跟随器的共模反馈放大器组成。另外，电路在0~5V和±20V的两个电压域内工作，用减法器电路实现电压转换。
　　研究中采用华虹NEC BCD180工艺，实现的VGA能将0~3.3V的信号放大至3.03V~39.95V（峰峰值），步进精度为0.15V，可变的增益范围为-0.746dB~21.69dB工作频率在100KHz范围内可调，能实现较高精度的调节。

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缩略语

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

2 电路原理

2.1 可变增益放大器的常见结构

2.2 可变增益放大器的主要性能参数

2.3 运算放大器的常见结构

2.4 运算放大器的主要性能参数

3 基本电路单元设计与仿真

3.1 折叠式共源共栅放大器

3.2 全差分运算放大器

3.3 偏置电路

3.4 数字控制可变电阻网络

4 可变增益放大器的实现与仿真

4.1 电路架构

4.2 整体电路的参数计算与仿真分析

5 电路版图的设计

5.1 版图设计的规则

5.2 VGA的版图设计和验证结果

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献