一种带AGC功能的RGC输入前置放大器设计

基于标准CMOS 0.18 μm工艺，设计了一种带AGC功能的光接收机RGC输入前置放大器。该放大器采用电压并联负反馈结构；输入级采用RGC结构以拓展带宽，从而解决了宽带宽与高跨阻之间的矛盾；输出级接入单端转差分结构，使输出的信号能直接输入到后续的主放大器中；嵌入自动增益控制技术AGC，以解决输入动态范围与高跨阻、低噪声之间的矛盾。同时，选用SIMC 0.18 μm工艺库进行了模拟仿真。结果显示，当光接收机输入光功率为-10 dBm、电源电压为1.8 V、光检测器的寄生电容为0.5 pF时，此放大器具有良好的等效电流输入曲线和幅频特性。 【一种带AGC功能的RGC输入前置放大器设计】是一种专为光接收机设计的集成电路，采用0.18微米的标准CMOS工艺。该放大器的核心目标是解决宽带宽与高跨阻以及输入动态范围与低噪声之间的矛盾。通过引入自动增益控制(AGC)技术，它能够动态调整增益，确保在不同输入光功率条件下保持稳定的性能。 在电路设计上，该放大器采用了电压并联负反馈结构，这种结构有助于提高稳定性和线性度。输入级采用了RGC（Regulated Cascode，受控共源极）结构，这种结构可以有效地扩展放大器的带宽，同时解决宽带宽和高跨阻的矛盾。RGC结构以其高输出阻抗和宽输出电压范围而著称，而且由于其高速度和低噪声的特性，特别适合用作前置放大器。 输出级则采用了单端转差分结构，这一设计使得放大后的信号可以直接馈送到后续的主放大器，简化了系统连接，降低了信号损失。嵌入的AGC技术能够根据输入信号的强弱自动调节增益，从而确保整个系统的动态范围。 在性能参数分析方面，RGC电路的输入电阻可以通过电路的小信号分析来计算。光电二极管作为光信号到电信号的转换器，其输出电流经过晶体管M1放大，形成电压信号。晶体管M2和电阻R3在输入级提供局部反馈，有助于改善输入阻抗。通过适当的电路配置，例如图2中的低通滤波器（R7和C1），可以实现单端到差分的转换，同时消除输出偏移。 在实际模拟仿真中，利用SIMC 0.18微米工艺库，该放大器在1.8伏电源电压下表现出良好的性能。当光检测器的寄生电容为0.5皮法时，低频跨阻增益达到72.8 dBΩ，3dB带宽为3.06 GHz，满足了高速率（10 Gb/s）的需求。同时，噪声电流低至108.36 nA，表明该放大器具有较低的噪声性能。 这种带AGC功能的RGC输入前置放大器设计，结合了RGC结构的优势和AGC技术，能够在有限的电源电压下实现高速、低噪声的光信号放大，对于提高光纤通信系统的性能和稳定性具有重要意义。这样的设计对于减少我国对进口通信芯片的依赖，推动国内通信行业的发展也起到了积极的作用。