在无线通信传输系统中，由于空气中存在着各种不可预测的干扰因素，这些因素导致接收机接收到的外部输入信号的幅值范围会发生很大变化，引起信道的衰落。为了提高系统接收并减小信号误码率，一般接收机通常设置有对放大器的增益进行自动调节的自动增益控制模块，而可变增益放大器是自动增益控制模块的关键部件。随着电子信息技术的发展，可变增益放大器广泛地应用于激光测距、硬盘读取驱动和光纤通信系统等诸多领域。

本文设计了一种增益动态范围为 ，增益与控制电压可以成指数关系的CMOS可变增益放大器，它由核心放大器和指数控制电路两个模块组成。可变增益放大器核心放大电路模块作为可变增益放大器的主体电路，采用吉尔伯特单元作为模拟乘法器，在以吉尔伯特单元为基础，加入共源共栅结构来提高增益；再加入控制电路模块，其目的是为了控制放大器的增益，使其增益与控制电压成dB-线性关系。本设计采用伪指数电路近似指数特性的方法来设计这种具有指数特性的控制电路，提高了控制电路的指数近似程度。

在VGA中放大电路增益大小的调节，是通过外部控制信号的改变来实现的。按照放大器不同的增益控制方式，能够将其划分为增益步进变化型以及增益连续变化型这两种类型的可变增益放大器。其中增益步进变化型可变增益放大器采用的是数字信号来实现对增益的控制，其增益是呈离散变化的。

电流偏置电路如图所示，图中IBIAS为输入的偏置电流。

（1）通过二极管连接的MN6产生基准电流用于电流镜；

（2）通过MN13，MN19，MN23以及MP35产生共源共栅电压VB，为后续电流镜电路提供偏置，以此提高整个电路的电源抑制比PSRR；

（3）通过MN18，MN37，MP44，MP28产生共源共栅电流镜PMOS电流源，图3.10所示中MN7和MP0用于产生VBP，为后续电流镜电路提供偏置，MN5和MN12将MN7的电流复制，再经过MP2/MP1复制给MP29/MP45和MP32/MP46供运算跨导放大器使用；

（4）MP29和MP45为运算跨导放大器的输入电平移位器MP30提供电流；同理MP32和MP46为运算跨导放大器的输入电平移位器MP31提供电流。通过电流镜像的方式为后续跨导放大器、除法电路提供电流基准。

指数控制模块的DC仿真

VGA吉尔伯特单元AC仿真

VGA瞬态仿真

本模块中大部分MOS管均是成对出现并构成电流镜结构，因此本模块的版图具有较好的对称性

本文基于SMIC0.35umCMOS工艺，电源电压3.3V，设计了一种增益和控制电压之间呈现出指数关系的且增益动态范围是 的可变增益放大器。该放大器由经过设计改进的吉尔伯特单元和指数控制电路两个模块组成。本设计采用了以吉尔伯特单元为模拟乘法器并在其中加入低压共源共栅电流镜来提高输出电流精度，加入折叠式共源共栅运放电路来提高增益，以此作为VGA的主体放大电路；指数控制电路在可变增益放大器中是至关重要的模块。该模块的目的就是为了得到具有指数性质的输出信号，来作为可变增益放大器主体电路的控制信号，以此来控制主体电路的增益，使其增益与控制电压成以dB为单位的线性关系。在CMOS工艺中能够有效实现指数特性的技术主要有以下三种，分别是：寄生三极管、处于亚阈值区 管技术以及 指数近似技术。从实现难易角度和成本的考量，本文选择了CMOS指数近似的技术，同时本文为了获得更宽的指数控制范围，指数控制电路的设计是由原指数近似技术的基础上，经过参数修正的近似指数函数设计得到的，由此获得了约33dB的指数控制范围。从电路仿真结果来看，该可变增益放大器的设计满足本文两项设计指标：增益动态范围为30dB左右，增益与控制电压成指数关系。基于0.35um CMOS工艺的设计规则，本设计完成了可变增益放大器的版图设计与物理验证，本文可变增益放大器涉及的元器件个数有48个PMOS管，50个NMOS管，4个电阻。该可变增益放大器的总体版图面积为346.44um*38.25um。