Design of a wideband variable gain amplifier

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2011
Major/Subject
Piiritekniikka
Mcode
S-87
Degree programme
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
Synteettisapertuurinen tutka (SAR) on hyvin tunnettu tekniikka maanpinnan kuvantamiseen. Tässä diplomityössä on suunniteltu laajakaistainen säädettävä vahvistin, jota voidaan käyttää SAR:in suorasekoitusvastaanottimessa (DCR). Ensin näytetään kuinka tärkeät muuttujat, kuten esimerkiksi VGA:n vahvistus, kaistanleveys ja kohina, saadaan määritettyä vastaanottimen kokonaisvaatimuksista. Seuraavaksi esitetään yleisesti suunnittelutapa VGA:lle, jossa tunnistetaan VGA:n tärkeimmät suunnittelumoduulit. Laajakaistaiset asteet, joita voidaan käyttää VGA:n suunnittelussa, esitellään lyhyesti, kuten myös tekniikoita, joilla siirrosjännite saadaan kompensoitua. Seuraavaksi esitellään yksityiskohtaisesti kuinka VGA suunnitellaan. Työssä esitetään piensignaali- ja kohina-analyysit VGA:n vahvistusasteille kuten myös simulaatiotulokset. VGA on suunniteltu ja valmistettu 0.13 µm CMOS prosessilla. Piirikuvion jälkeiset simulaatiot on myös esitetty ja ne todentavat lopullisen piirikuvion toimivuutta. Lopuksi esitetään VGA:n mittaustulokset, jotka näyttävät, että halutut vahvistus ja kaistanleveys on saavutettu. Mikropiirin digitaalisen ohjauksen epätasaisesta toimivuudesta johtuen, VGA:n taajuusvasteessa näkyi vahvistuksen piikittämistä. VGA:n tulon kohinatiheyden mittaustulokset eri vahvistusasetuksilla on myös esitetty ja ne vastaavat hyvin simuloituja arvoja. Tulon 1 dB:n kompressiopiste ja tulon kolmannen kertaluvun keskinäismodulaatiosärön leikkauspiste on myös annettu VGA:lle. Yleisesti ottaen VGA:n toimintaa voidaan pitää onnistuneena SAR:ssa käytettävälle suorasekoitusvastaanottimelle.

Synthetic Aperture Radar (SAR) is a well known technique for imaging the earth's surface. This thesis presents a wideband variable gain amplifier which can be used in the direct conversion receiver (DCR) for SAR. The thesis first introduces how to extract the important parameters i.e. gain, bandwidth and noise of the VGA from the overall receiver requirements. Next, a general design philosophy for the VGA is presented which identifies the main design modules in the amplifier. Also, a brief introduction to wideband stages and DC-offset compensation techniques is presented. Then a detailed explanation of the VGA design is given. Small-signal and noise analyses are presented for the VGA gain stages along with their simulation results. VGA post-layout simulation results are also shown to verify the functionality of the final layout drawn using 0.13 µm CMOS. At the end, measurement results for the VGA are given which show that the VGA achieved the desired gain and bandwidth. However, due to irregular operation of the digital control for the chip, the frequency response of the VGA showed gain peaking. The measured input noise density of the VGA at different gain settings is also given and it matched well with the simulated value. Moreover, the input 1 dB compression point and the third order input intercept point results for the VGA are also given. The overall operation of VGA was deemed satisfactory for the direct conversion receiver for SAR.
Description
Supervisor
Halonen, Kari
Thesis advisor
Saari, Ville
Keywords
wideband, variable gain amplifier, low noise amplifier, low power CMOS
Other note
Citation