【摘 要】
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近年来,随着移动通信技术的飞速发展,作为现代通信系统核心的射频集成电路受到越来越广泛的关注。5G通信系统的高速率、低时延以及海量互联的特点要求射频收发机具有更大的带宽和更高的动态范围。可变增益放大器（Variable Gain Amplifier,VGA）作为射频收发机的核心部件之一,其增益动态范围、带宽、线性度及附加相移等性能参数对系统的扫描精度、动态范围具有重要影响。其中,VGA的增益dB线性
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近年来,随着移动通信技术的飞速发展,作为现代通信系统核心的射频集成电路受到越来越广泛的关注。5G通信系统的高速率、低时延以及海量互联的特点要求射频收发机具有更大的带宽和更高的动态范围。可变增益放大器（Variable Gain Amplifier,VGA）作为射频收发机的核心部件之一,其增益动态范围、带宽、线性度及附加相移等性能参数对系统的扫描精度、动态范围具有重要影响。其中,VGA的增益dB线性控制技术可实现恒定的稳定时间和均匀的瞬态响应,也可以更好地调节射频收发机的增益幅度,具有重要的研究价值。因此,针对上述背景及需求,本论文开展应用于兼容C波段的毫米波一体化射频收发系统中中频收发芯片的可变增益放大器研究,主要研究内容如下:（1）设计应用于Sub 6GHz收发机的模拟基带VGA。通过级联具有dB线性增益的低功耗单元VGA实现大增益动态范围。单元VGA采用工作在亚阈值区的晶体管作负载,利用其电压电流之间的指数关系实现控制电压与增益之间的伪指数近似。针对级联的带宽压缩特性,采用改进型栅极峰化以及三阶交叠反馈技术实现带宽拓展。提出了应用于可变增益单元之间的三阶正负有源反馈交叠结构,相较于传统三阶交叠反馈技术,其在保持宽带效果的同时对增益的损害更小,更容易实现平坦增益。（2）设计应用于Sub 6GHz收发机的中频VGA。输入级采用单端转差分的噪声消除结构,以共源共栅结构为基础的可变增益单元作为中间级,输出级采用电容中和技术拓展带宽。通过5位数模转换电路控制晶体管栅压实现32个增益状态,增益步进为1dB。本论文设计的两种VGA均基于TSMC 65nm CMOS工艺开发,后仿真结果表明本文设计的两种VGA均满足设计指标。测试结果表明,模拟基带VGA的dB线性增益范围为5~23dB,增益误差不超过0.6dB,-3dB带宽最小为2.6GHz,输入输出匹配均在-10dB以下,最大输入1dB压缩点为-9.9dBm。
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