对于处理生物电子信号的系统而言,由于生物电子信号本身幅值变化较大,同时在传播路径中受各种非理想效应的影响,往往需要可变增益放大器对输入信号进行处理,以保证后级电路可以接收到具有稳定幅值的信号。随着数字信号处理技术的快速发展,通过数字信号控制的可编程增益放大器在很多应用中逐渐替代了传统的可变增益放大器,具有良好的应用前景。本文对生物电子信号处理中的多通道宽增益调节范围可编程增益放大器进行了设计与研究。设计的可编程增益放大器具有16个独立的信号处理通道。对于每个信号处理通道,为满足宽增益调节范围的要求,采用了粗调增益级与细调增益级级联的方式实现。粗调增益级以16d B为步长,提供-64～48d B的增益调节范围,在结构上分为放大部分与衰减部分,表现为两个并联的支路,分别提供正向增益与负向增益。放大部分与衰减部分内部采用了固定增益放大器级联的结构,最多存在4级级联。固定增益放大器采用了跨导增强型源极退化放大器以提升线性度。细调增益级采用了电阻闭环负反馈结构,以0.5d B为步长覆盖了0～15.5d B的增益调节范围,其中的运放使用了两级折叠共源共栅结构。为简化控制方式,使用串行控制码分别对各通道的增益进行设置。增益控制逻辑主要包括输出寄存器选通模块、16位移位寄存器、输出寄存器阵列、开关译码逻辑等部分,其具有时钟CLK、复位RST与数据DATA三个输入端,根据数据端接收到的串行控制码实现对各信号处理通道增益的设置,提高了控制的灵活性。本文在TSMC 0.18μm CMOS工艺下完成了整体电路的原理图设计与版图设计,并进行了前、后仿真,电路版图的整体面积为1.2mm×1.05mm。仿真结果表明,电路增益调节范围覆盖-63.5～63.79d B,可以实现0.5d B步进值控制,其输入三阶截点为5.14d Bm,在10～30k Hz带宽内的等效输入噪声为7.56μV,单通道消耗电流为2.15m A,可以满足指标要求。