蓝牙接收机中低功耗自动增益控制电路的设计

摘要

随着智能终端和可穿戴设备的兴起，低功耗蓝牙技术因具有超低功耗、低复杂度、低成本等优势得到了非常广泛的应用。自动增益控制（Automatic Gain Control,AGC）电路是拓展蓝牙接收机动态范围的重要模块，设计具有快速建立和低功耗特点的自动增益控制电路对实现高性能的蓝牙接收机具有重要的意义。 本论文设计了一种应用于蓝牙接收机中的低功耗自动增益控制电路，由可变增益放大链路、峰值检测电路以及增益计算模块组成。可变增益放大链路包括4个固定增益放大器和1个可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA），其中固定增益放大器采用主从结构可以自适应调整差分放大器的尾电流源，进而在较低功耗下维持增益恒定；PGA则采用跨导级与跨阻级级联的结构，通过改变跨导级中源极退化电阻的阻值实现增益的细调，增益步长为1dB，可以在较低功耗下得到良好的线性度。改进设计了一种峰值检测电路，由比较器和D触发器构成，无需采用量化阵列就能直接根据输入信号强度给出增益控制字，节省了量化阵列的功耗开销，同时该峰值检测电路还具有快速建立的优点，能在1μs内检测出信号峰值与预期值之间的大小关系。增益计算模块通过组合逻辑电路和时序逻辑电路构造了逐次逼近算法，实现AGC电路的自动增益调节。 本论文基于SMIC0.18μm CMOS工艺完成了自动增益控制电路的原理图设计、版图设计和后仿真。后仿真结果表明，自动增益控制电路的动态范围为14~70dB，噪声系数为25dB，带宽为11MHz，最高增益和最低增益下的IIP3分别为-45.8dBm和13.3dBm，增益调节时间小于8μs。整个AGC电路在电源电压为1.8V时消耗的电流为970μA，满足设计指标要求。

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Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

1.4 论文组织结构

第二章 自动增益控制电路概述

2.1 蓝牙接收机系统

2.2 自动增益控制电路的主要拓扑

2.2.1 反馈型AGC电路

2.2.2 前馈型AGC电路

2.3 可变增益放大器

2.3.1 可变增益放大器的主要性能指标

2.3.2 可变增益放大器的电路实现

2.4 信号强度检测器

2.4.1 峰值检波器

2.4.2 均方根检波器

2.4.3 连续检波结构对数检波器

2.5 本章小结

第三章 自动增益控制电路设计

3.1 自动增益控制电路系统设计

3.2 可变增益放大链路设计

3.2.1 低功耗固定增益放大器设计

3.2.2 低功耗可编程增益放大器设计

3.2.3 直流失调消除电路设计

3.2.4 可变增益放大链路整体设计

3.3 低功耗快速建立的峰值检测电路设计

3.4 增益计算模块设计

3.4.1 增益粗调

3.4.2 增益细调

3.5 本章小结

第四章 版图设计与后仿真

4.1 版图设计规范

4.2 版图设计

4.3 后仿真与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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