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随着无线智能终端功能的不断丰富,可穿戴设备、无线传感器网络、无线手持终端、体域网等得到了快速发展,如何延长无线终端的续航能力成为了越来越突出的问题。此外,现代CMOS工艺特征尺寸的不断减小,要求电路电源电压不断降低,这无疑增加了电路设计难度。无线收发芯片作为无线终端核心部件,其性能决定了整个无线通信的质量和终端设备的续航能力,作为无线收发芯片重要模块的可变增益放大器,其电路设计的好坏往往直接决定了射频接收机的总体性能,因此对低电源电压可变增益放大器的研究具有重要意义。 论文设计了一种2.4GHz ISM频段、符合ZigBee无线传感网络标准的、可由单一太阳能电池供电的低电源电压(0.6V)可变增益放大器。论文首先分析论述了低电源电压电路设计的必要性,总结归纳了目前低电源电压可变增益放大器电路设计的主要方法,根据Zig Bee无线接收机的性能特点和总体指标要求,确定了低电源电压可变增益放大器的性能指标要求。根据该项性能指标要求,选择了开环增益粗调和闭环增益精调相结合的结构作为本论文可变增益放大器的结构,并采用主从结构为本论文低电源电压设计主要实现方案。论文对增益粗调电路、级间级联电路、单位增益缓冲器电路、增益精调电路、偏置级电路、电阻反馈阵列电路等模块进行了设计和优化。其中,增益粗调电路中引入电流镜型有源负反馈实现电路抗工艺变化;单位增益缓冲器电路中引入动态偏置和低电源电压class-AB输出级,提升电路带宽和驱动能力;增益精调电路中引入交叉耦合结构,对共模增益和差模增益进行差异化设计,缓解了共模负反馈电路对环路增益的要求。该低电源电压可变增益放大器前级采用开环结构降低电路整体功耗,后级电路采用闭环结构提升整体电路线性度,采用主从结构实现电路低电源电压(0.6V)设计,可由单太阳能电池供电,具有低功耗、高可靠性的特点。 本论文所设计的低电源电压可变增益放大器采用SMIC180nm RFCMOS工艺进行了原理图和版图的设计,后仿真结果表明该可变增益放大器在0.6V电源电压下实现了0dB到60dB的增益调节范围,增益调节步长1dB,增益误差小于0.5dB,低增益模式下IIP3大于30dBm,高增益模式下NF小于27dB,功耗小于1mW。验证了该可变增益放大器的性能满足预先设定的指标要求。