WSN射频芯片中带直流偏移消除的可编程增益放大器设计

摘要

可编程增益放大器(PGA:Programmable Gain Amplifier)是射频收发机中的重要模块,直接决定了收发机可以处理的信号动态范围。幅度均衡是线性信号处理系统所必需的,以可变增益放大器为核心的自动增益控制环路可以为其后的基带模数转换器(ADC:Analog-to-Digital)提供恒定的信号功率。为了使自动增益控制环路的稳定时间是一个常数,可变增益放大器的增益须具有dB线性的变化特性。
　　 本文分析和比较了几种CMOS可变增益放大器的基本结构和优缺点,详细阐述了常用的直流偏移消除技术,并分析其性能特性及其对电路的影响。在前人研究成果的基础之上,结合无线传感网络节点射频收发芯片的要求,基于SMIC0.13μm CMOS工艺设计了一种应用于WSN射频芯片的可编程增益放大器。该电路采用了一种适于低压运用的两级全差分放大器为基础的闭环反馈结构的可编程增益放大器,增益是通过改变电阻反馈网络实现的。由于负反馈具有独特的优点,它可以实现准确的增益值和较好的线性度。其中的运算放大器只有第二级需要共模反馈环路,频率补偿采用Miller补偿的方法。由于可编程增益放大器的增益较高,电路由三级级联构成,为了减小直流偏移和低频噪声对后续电路的影响,还分析设计了内置于运算放大器的直流偏移消除电路。文中给出了具体的电路设计、版图设计和仿真结果与分析。后仿真结果表明:在1.2V电源电压下,该可编程增益放大器的增益变化范围为0～60dB；增益步长为1dB；直流衰减量可低至20dB；在输出摆幅为1V时的谐波失真约为3％；电路消耗功率约为4.8mW。
　　 后仿真显示,该电路满足系统提出的指标要求,可应用于WSN射频收发机芯片中。