导航接收机中可变增益放大器的研究与设计

发布时间：2017-10-18 00:31

  本文关键词：导航接收机中可变增益放大器的研究与设计

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【摘要】：随着我国北斗卫星系统的大力建设与发展,国内市场对应用于北斗导航终端射频芯片的需求愈来愈强烈,高性能接收机亦成为如今的研究热点。由于射频信号功率具有很大的动态范围,电路中需要自动增益控制电路(automatic gain control,AGC)根据接收信号的强度调节接收机链路的增益,保证输出信号基本为一个恒定功率,再送到给后级电路模块进行处理,所以AGC电路是射频接收机中必不可少的一个模块。AGC电路中的核心模块是可变增益放大器(variable gain amplifier,VGA),VGA的性能优劣直接决定着AGC环路的环路稳定时间以及接收机的输入信号动态范围。随着无线通讯技术和CMOS工艺的不断发展,对VGA的要求也越来越高,所以对于VGA的研究与设计具有很重要的意义。本文设计了一种应用于我国卫星导航接收机中的可变增益放大器,该可变增益放大器电路采用数字可变增益放大器结构,具体电路可分为两部分:增益粗调级和增益细调级。在增益粗调级可变增益放大器中,共有四个固定增益放大器(fixed gain amplifier,FGA),每个固定增益放大器的增益固定且相同,均为14d B,这四个固定增益放大器子级电路通过交流耦合的方式进行级联,并由4位数字控制信号S[3:0]控制开关的导通与关断,可以实现0dB~56dB的增益范围,粗调增益步长为14dB;细调级电路采用闭环可变反馈电阻可变增益放大器结构实现,通过3位数字控制信号T[2:0]控制反馈电阻,可以实现0dB~14dB的增益范围,细调增益步长为2dB。所以,本论文所设计的可变增益放大器最终可以实现0~70dB的增益范围,增益步长为2dB。论文采用TSMC0.18μmRF CMOS工艺进行了电路原理图设计、版图设计以及后仿真。前仿真结果表明,所设计的可变增益放大器的增益范围为0.23dB~69.43d B;0dB增益时的输入三阶互调点IIP3为37.2dBm,70d B增益时的三阶互调点IIP3为-27.98dBm;0dB增益时噪声系数NF为39.29dB,70d B增益时噪声系数NF为26.84d B;4MHz时的总谐波失真结果为0.137%@0dB、0.168%@70d B,最大增益时消耗电流3.11mA。后仿真结果表明,该可变增益放大器的增益范围为0.06dB~68.69dB;0d B增益时的输入三阶互调点IIP3为37.13dBm,70dB增益时的三阶互调点IIP3为-37.64d Bm;0dB增益时噪声系数NF为59.1dB,70dB增益时噪声系数NF为39.5dB。上述实验结果表明,本论文所设计的可变增益放大器满足设计要求,适用于我国卫星导航接收机。
【关键词】：导航接收机 自动增益控制 可变增益放大器 线性度
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN722;TN967.1;TN965.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 北斗导航系统概述16
• 1.2 可变增益放大器概述16-18
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势18-20
• 1.4 研究内容与结构安排20-22
• 第二章 可变增益放大器的设计基础22-48
• 2.1 射频接收机概述22-26
• 2.1.1 超外差接收机22-24
• 2.1.2 零中频接收机24-26
• 2.1.3 低中频接收机26
• 2.2 自动增益控制（AGC）电路概述26-31
• 2.2.1 AGC的基本原理27
• 2.2.2 AGC的分类27-29
• 2.2.3 AGC的主要性能指标29-31
• 2.3 可变增益放大器（VGA）性能31-37
• 2.3.1 增益控制动态范围和增益步长32
• 2.3.2 线性度32-35
• 2.3.3 噪声35-36
• 2.3.4 -3dB带宽36-37
• 2.4 可变增益放大器的分类37-46
• 2.4.1 模拟控制VGA37-44
• 2.4.2 数字控制VGA44-46
• 2.5 本章小结46-48
• 第三章 可变增益放大器的电路设计48-78
• 3.1 VGA的设计指标及拓扑结构48-51
• 3.1.1 VGA的性能指标48-50
• 3.1.2 VGA的整体拓扑结构50-51
• 3.2 VGA的增益粗调级的设计51-58
• 3.2.2 固定增益放大器的设计和仿真52-55
• 3.2.3 级联耦合方式55-57
• 3.2.4 粗调级的仿真57-58
• 3.3 VGA的增益细调级的设计58-68
• 3.3.2 核心放大器的设计与仿真60-64
• 3.3.3 单位增益缓冲器的设计64-66
• 3.3.4 细调级的仿真66-68
• 3.4 其它模块的设计68-72
• 3.4.1 比较器的设计68-69
• 3.4.2 译码电路的设计69-72
• 3.5 VGA整体的性能仿真及分析72-76
• 3.5.1 VGA整体幅频特性72-74
• 3.5.2 VGA的线性度特性74
• 3.5.3 VGA噪声系数的仿真74-75
• 3.5.4 THD仿真75-76
• 3.6 本章小结76-78
• 第四章 可变增益放大器的版图设计及后仿真78-86
• 4.1 版图设计概要78-80
• 4.2 VGA的版图设计与后仿真80-84
• 4.2.1 VGA电路的版图80-82
• 4.2.2 VGA幅频特性后仿真82-83
• 4.2.3 VGA线性度后仿真83
• 4.2.4 VGA噪声系数后仿真83-84
• 4.2.5 VGA后仿真结果小结84
• 4.3 本章小结84-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 5.1 总结86
• 5.2 展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 作者简介94-95

【参考文献】

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本文编号：1051929