60GHz无线收发机中宽带可变增益放大器的设计

摘 要：本文采用TSMC65nmRFCMOS工艺设计实现了一种应用于60GHz高速无线通信接收机中的低功耗、高线性度、dB线性控制型的宽带可变增益放大器。该电路采用四级改进的Cherry-Hooper放大器级联结构，通过改变每级放大器单元中反馈电阻的大小获得22dB的可调增益。同时通过采用双负反馈直流失调消除电路，有效的减小了直流失调。仿真结果表明，可变增益放大器在1.2V低电压下，电路功耗仅为3.5mW，增益变化范围为10dB～32dB；在最大增益32dB时3dB带宽为2.28GHz，增益压缩1dB时输出差分信号摆幅达到566mVpp。

关键词：可变增益放大器；CMOS；低功耗；宽带；Cherry-Hooper放大器

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 06-0046-03

一、引言

由于60GHz毫米波通信具有高性能、高速率、低功耗以及免许可的5GHz带宽（中国），60GHz无线通信技术被认为是破除通信容量及通信速率瓶颈最具潜力的关键技术，同时60GHz无线收发机系统也日益成为人们关注和研究的方向。由于接收机所接收到的信号经过的传输介质和路径不同，其信号功率大小在很大的范围内变化，所以需要可变增益放大器提高接收机的分辨率和线性度，从而最大可能的提高整个系统的动态范围。可变增益放大器就是通过控制自身增益的变化针对不同大小的输入信号放大或缩小，从而得到一个相对恒定大小的输出信号。对于60GHz无线通信系统，可变增益放大器的设计主要面临着宽带、高线性度、低失调等问题，另外还要要求较小的芯片面积和功耗。参考文献[1]-[3]主要工作带宽达不到GHz，不能满足系统要求，文献[4][5]功耗过大不能满足系统要求。文献[6]增益调节范围只有12dB不能满足要求。本次设计的可变增益单元是对文献[7]的改进结构，同样基于Cherry-Hooper放大器结构。本文组织结构及各部分内容安排如下：第二部分对可变增益单元、直流失调消除电路以及整个电路架构进行分析和论述。第三部分和第四部分分别是电路仿真结果和结论。

二、可变增益放大器设计

（一）可变增益单元设计

本次设计选择Cherry-Hooper结构作为设计原型，主要是基于其较小的输出阻抗，在实现宽带的同时有效避免了电感的使用，大大减小了芯片占用面积。传统的Cherry-Hooper如图1所示。电阻Rf跨接在第二级跨阻的输入输出之间形成负反馈回路，同时降低了跨导和跨阻级输出节点的输出阻抗，使其近似为1/gm3，从而提高了两节点的极点频率，有效增加了带宽，其直流增益近似为输入管M1、M2跨导与负反馈电阻Rf的乘积。

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