应用于北斗导航射频芯片的可变增益放大器设计

摘要

北斗卫星导航系统(Beidou Satellite Navigation System)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。卫星导航系统是重要的空间信息基础设施，中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统，并于2000年建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。本文研究应用于北斗导航接收机芯片中的可变增益放大器(VGA，Variable Gain Amplifier)设计，VGA是自动增益控制(AGC，Auto Gain Control)模块中最重要的组成部分。自动增益控制能够根据输入信号的大小变化自动调节增益，使系统维持稳定的信号输出。
　　 本论文在分析目前主流可变增益放大器的设计技术的基础上，选择了一种跨导与负载同时可变的可变增益放大器结构，并设计了一种简单的指数控制电压转换的指数发生器电路，解决了CMOS电路中由于MOS管的平方率特性造成的放大器增益与控制电压不成指数关系的难题，实现了可变增益放大器增益的对数值随控制电压呈线性变化的特性。本文所设计的可变增益放大器由单级固定增益电路和多级可变增益电路级联组成，各级之间采用直接耦合的方式进行连接。基于中芯国际(SMIC)0.13μm CMOS工艺对VGA进行了电路设计与优化、前仿真、版图设计与后仿真。后仿真结果表明，在1.2V电源电压下，可变增益范围为20-80dB，增益动态范围达到60dB，消耗电流小于1mA。
　　 本论文设计的VGA经过进一步优化可以应用于北斗导航射频芯片中。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 卫星导航及无线通信

1.1.1 卫星导航的发展

1.1.2 无线通信技术的发展

1.1.3 无线通信系统结构

1.2 课题背景与研究现状

1.2.1 课题背景

1.2.2 研究现状

1.3 研究内容与设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文结构

第2章 可变增益放大器

2.1 运算放大器

2.1.1 运算放大器概述

2.1.2 基本放大器

2.2 自动增益控制

2.3 可变增益放大器

2.3.1 可变增益放大器概述

2.3.2 可变增益放大器性能指标

2.4 常见的可变增益放大器结构

2.4.1 可变反馈式VGA

2.4.2 可变跨导式VGA

2.4.3 可变负载式VGA

2.4.4 同时改变跨导与负载的VGA

2.5 本章小结

第3章 可变增益放大器的设计

3.1 VGA总体结构设计

3.2 VGA具体电路设计及仿真结果

3.2.1 固定增益级电路设计及仿真结果

3.2.2 可变增益级电路设计及仿真结果

3.2.3 VGA的仿真结果

3.3 本章小结

第4章 可变增益放大器版图设计及后仿真

4.1 版图及版图设计中的考虑因素

4.1.1 集成电路版图

4.1.2 版图设计中的考虑因素

4.2 可变增益放大器的版图设计及后仿真

4.2.1 可变增益放大器的版图设计

4.2.1 可变增益放大器的后仿真

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢