摘 要：本文采用TSMC65nmRFCMOS工藝設計實現了一種應用于60GHz高速無線通信接收機中的低功耗、高線性度、dB線性控制型的寬帶可變增益放大器。該電路采用四級改進的Cherry-Hooper放大器級聯結構，通過改變每級放大器單元中反饋電阻的大小獲得22dB的可調增益。同時通過采用雙負反饋直流失調消除電路，有效的減小了直流失調。仿真結果表明，可變增益放大器在1.2V低電壓下，電路功耗僅為3.5mW，增益變化范圍為10dB～32dB；在最大增益32dB時3dB帶寬為2.28GHz，增益壓縮1dB時輸出差分信號擺幅達到566mVpp。
關鍵詞：可變增益放大器；CMOS；低功耗；寬帶；Cherry-Hooper放大器
中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：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、低功耗以及免許可的5GHz帶寬（中國），60GHz無線通信技術被認為是破除通信容量及通信速率瓶頸最具潛力的關鍵技術，同時60GHz無線收發機系統也日益成為人們關注和研究的方向。由于接收機所接收到的信號經過的傳輸介質和路徑不同，其信號功率大小在很大的范圍內變化，所以需要可變增益放大器提高接收機的分辨率和線性度，從而最大可能的提高整個系統的動態范圍。可變增益放大器就是通過控制自身增益的變化針對不同大小的輸入信號放大或縮小，從而得到一個相對恒定大小的輸出信號。對于60GHz無線通信系統，可變增益放大器的設計主要面臨著寬帶、高線性度、低失調等問題，另外還要要求較小的芯片面積和功耗。參考文獻[1]-[3]主要工作帶寬達不到GHz，不能滿足系統要求，文獻[4][5]功耗過大不能滿足系統要求。文獻[6]增益調節范圍只有12dB不能滿足要求。本次設計的可變增益單元是對文獻[7]的改進結構，同樣基于Cherry-Hooper放大器結構。本文組織結構及各部分內容安排如下：第二部分對可變增益單元、直流失調消除電路以及整個電路架構進行分析和論述。第三部分和第四部分分別是電路仿真結果和結論。
二、可變增益放大器設計
（一）可變增益單元設計
本次設計選擇Cherry-Hooper結構作為設計原型，主要是基于其較小的輸出阻抗，在實現寬帶的同時有效避免了電感的使用，大大減小了芯片占用面積。傳統的Cherry-Hooper如圖1所示。電阻Rf跨接在第二級跨阻的輸入輸出之間形成負反饋回路，同時降低了跨導和跨阻級輸出節點的輸出阻抗，使其近似為1/gm3，從而提高了兩節點的極點頻率，有效增加了帶寬，其直流增益近似為輸入管M1、M2跨導與負反饋電阻Rf的乘積。