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基于CMOS工艺的可变增益放大器
DOI:
作者:
作者单位:

1.天津大学 微电子学院;2.中国海洋大学 信息科学与工程学院

作者简介:

通讯作者:

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(61701462),National Natural Science Foundation of China(61701462);广东扬帆计划引进创新创业团队项目(2016YT04G420),Guangdong Yangfan plans to introduce innovative entrepreneurship team project(2016YT04G420)


A Wideband Variable Gain Amplifier in CMOS process
Author:
Affiliation:

1.School of Microelectronics,Tianjin University;2.College of Information Science and Engineering,Ocean University of China

Fund Project:

National Natural Science Foundation of China(61701462);Guangdong Yangfan plans to introduce innovative entrepreneurship team project(2016YT04G420)

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    摘要:

    为了实现5G通信系统中高数据传输速率的要求,满足宽带条件下接收信号幅度的大动态范围变化,基于CMOS工艺提出一种宽带且增益大范围线性变化的可变增益放大器。该可变增益放大器采用三级级联的方式,增益单元采用改进型Cherry-Hooper放大器结构,有效的增大了动态范围,使电路带宽达到1 GHz以上。利用晶体管的可调谐特性,解决了CMOS电路中放大器增益与控制电压非线性变化的难题,在不使用附加电路的前提下,增益变化具有良好线性。同时利用低截止频率的高通滤波器消除直流偏移,进一步提升电路带宽。结果表明,在-33.4~46.9 dB的超宽动态范围内实现增益线性变化,3-dB带宽达到1.89 GHz(0.12 MHz~1.9 GHz),面积仅为0.006 mm2。该可变增益放大器指标完全满足目前5G宽带通信系统的要求。

    Abstract:

    To achieve the demanding of the high data transmission and meet large dynamic range under wideband conditions, a wide-band complementary metal oxide semiconductor (CMOS) variable gain amplifier with dB-linear characteristic is presented. The variable gain amplifier uses a three-stage gain unit cascade structure. To achieve wide bandwidth and increase dynamic range effectively, a modified Cherry-Hooper amplifier gain cell is used, finally the bandwidth is above 1 GHz. With a tunable transistor, a dB-linear characteristic is achieved without any additional exponential circuit to solve the problem that the square-law device operating in the saturation region of the CMOS device in the CMOS circuit. Meanwhile, a high-pass filter with a low cutoff frequency further broaden the bandwidth. The layout’s post-simulation results show that the variable gain amplifier achieves a ultra gain range of -33.4~46.9 dB with dB-linear characteristic, the 3-dB bandwidth is 1.89 GHz which is from 0.12 MHz to 1.9 GHz, and the area is only 0.006 mm2. All indicators in variable gain amplifier are suitable for the 5G wide-band wireless communication system totally.

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  • 收稿日期: 2019-07-06
  • 最后修改日期: 2019-08-13
  • 录用日期: 2019-09-02
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