短距離無線接收機(jī)中自動(dòng)增益控制電路的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、自動(dòng)增益控制(AGC)電路是拓展射頻接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的重要途徑。采用AGC電路的射頻接收機(jī)只需較低位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)量化接收信號(hào)，鏡像抑制、信號(hào)解調(diào)等操作均可搬移到數(shù)字域以更精確、更靈活的實(shí)現(xiàn)。伴隨物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展興起的短距離無線通信技術(shù)通常采用突發(fā)模式通信并且嚴(yán)格限制AGC的建立時(shí)間，限制了AGC的結(jié)構(gòu)，給設(shè)計(jì)高性能AGC電路帶來了挑戰(zhàn)。隨著CMOS工藝的快速發(fā)展，信號(hào)處理數(shù)字化的優(yōu)勢更加明顯，但是隨之而來的電源電壓下降等因素使得設(shè)計(jì)

2、高性能AGC電路更為困難。
　　AGC放大器的線性度決定了射頻接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的上限。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面看，AGC的結(jié)構(gòu)能夠多大程度上發(fā)揮位于鏈路末級(jí)承擔(dān)主要增益調(diào)諧任務(wù)的可編程增益放大器(PGA)的線性度是提高AGC放大器線性度的關(guān)鍵;從功能模塊層面看，PGA本身的線性度直接決定AGC放大器可獲得的線性度。
　　面向短距離無線通信射頻接收機(jī)，論文從快速建立AGC電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高線性度PGA電路設(shè)計(jì)兩個(gè)方面展開了研究。論文的主要工

3、作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　(1)提出一種基于對數(shù)檢測器的前饋結(jié)構(gòu)-采樣數(shù)據(jù)反饋結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)的AGC架構(gòu)，利用對數(shù)檢測器的高動(dòng)態(tài)范圍既保障了AGC快速建立，又使得信號(hào)傳輸路徑上固定增益放大器(FGA)的級(jí)數(shù)減到最少且開關(guān)個(gè)數(shù)只有1個(gè)，因而鏈路末級(jí)PGA的線性度能夠得到充分利用;此外，所提出AGC結(jié)構(gòu)只需簡單拓展即可提供接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)功能。
　　(2)建立了高線性度跨導(dǎo)-跨阻結(jié)構(gòu)PGA的電路模型，解釋了PGA的頻率響應(yīng)

4、中可能出現(xiàn)尖峰的原因并直觀的呈現(xiàn)出線性跨導(dǎo)級(jí)的非線性來源，基于此提出一個(gè)新型線性度增強(qiáng)PGA。它利用自適應(yīng)控制電路抑制了相關(guān)小信號(hào)參數(shù)對輸入信號(hào)的依賴，使線性度優(yōu)化和避免增益尖峰兩個(gè)目標(biāo)一致化，還拓展了共模輸入電壓范圍(CMIVR)。測試結(jié)果表明PGA的OIP3達(dá)到35dBm，CMIVR比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)增加了200mV。
　　(3)提出低電源電壓下利用主從控制技術(shù)抑制運(yùn)算電流放大器(OCA)共模輸入的方法，不需要通過維持高漏源電壓保障電

5、流源的輸出阻抗。在1.2V電源電壓下設(shè)計(jì)了基于所提出的OCA的高線性度PGA，仿真結(jié)果表明OIP3達(dá)到26dBm，驅(qū)動(dòng)2pF負(fù)載時(shí)帶寬達(dá)到55MHz且不隨增益變化而變化。
　　(4)研究了對數(shù)檢測器的電路設(shè)計(jì)。提出針對CMOS對數(shù)轉(zhuǎn)換器溫度-工藝變化的兩種補(bǔ)償方法，分別利用了主從控制原理和跨線性環(huán)路提供的電流模乘法關(guān)系，測試結(jié)構(gòu)表明，基于后者設(shè)計(jì)的CMOS對數(shù)轉(zhuǎn)換器的溫度系數(shù)小于350ppm。同時(shí)，從FGA拓展整流器檢測范圍的角度

6、分析了連續(xù)檢波對數(shù)放大器的原理，分析了非理想因素并總結(jié)了電路設(shè)計(jì)約束，研究了FGA的低功耗電路實(shí)現(xiàn)。
　　基于所提出的AGC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在CMOS0.13μm工藝和1.2V電源電壓下研究了BLE射頻接收機(jī)中AGC電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果表明:AGC電路的建立時(shí)間為6μs，可提供0-72dB增益范圍和2dB的增益步長，AGC放大器在最高增益和最低增益下的OIP3分別達(dá)到了19dBm和28dBm，提供了63dB的RSSI范圍;整個(gè)AG