基于BiCMOS宽动态可变增益放大器的设计

0 引言
可变增益放大器(VGA)可以实现对不同幅度输入信号进行放大，广泛适用在磁盘读取驱动电路，电视调谐器等宽输入动态范围的系统中。在无线信号收发机的模拟前端和通讯AGC系统中，同样起着至关重要的作用。常见的VGA形式多样。通过改变放大器等效跨导的方法，即改变流入负载的信号电流大小来改变增益，如Gilhert结构电路，但其全差分的电路堆叠了多层管子，限制了输出动态范围。可简单地改变输出电阻，但此时输出节点是放大器的主极点，输出电阻的变化将引起带宽大大变化。近来，有不少电路构造指数规律VGA，但电路相对复杂。本文针对某超外差电视中频接收机芯片中的前置可变增益放大器，构造了一种由稳压源，VGA和控制电路组成的新电路结构。该电路从电源电压、动态范围、带宽等关键指标出发，具有高增益，大带宽等特点，并保证了良好的线性度，而且在控制电路设计中还考虑了噪声分配，提高了电路信噪比。结构框图如图1所示。

1 电路设计与分析
1．1 稳压电路
为了避免外界电源波动及温度变化对MOS管漏源两端电压的影响，提高增益控制的准确性，每级VGA设计配有独立的稳压源。稳压过程是一个负反馈过程，利用调整管跨导的调节，使输出维持在一定范围内，如图2所示。

图2中Q1，Q2构成比较器，M3为调整管。当外界电源扰动或负载变化使Vout增大时，Vout的增加量通过电阻R2～R4取样得到，Vref-Vbl值下降，比较器输出减小，跨导gm3变小，迫使Vout降低，从而输出稳定的参考电压。工作时：


为了消除放大器自激，在电路中加上C1=C2=1．25 pF。C1跨接在放大器M3两端，形成密勒补偿；C2在反馈回路中和R2并联，形成超前补偿，有效保证相位裕度大于45°，提高反馈电路的稳定性。另外加大了调整管M3的尺寸，使(W／L)3=10(W／L)1、2，保证其在最坏情况下极限参数都有充分的余量，保证电路正常工作。
1．2 VGA电路
文献简单采用多晶硅电阻和MOS管并联的结构，利用栅压改变输出电阻值。为了提高线性度和可控性，本文采用输出电阻和射极电阻并存结构，分别并联上不同尺寸的管子P1～P5，N1～N6，结构简化如图3所示。