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研究生:廖培勛
論文名稱:具有自動增益控制之紅外線傳輸轉阻接收器電路設計
論文名稱(外文):The design of transimpedance amplifier with auto gain control for IrDA applications
指導教授:龔正龔正引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:轉阻自動增益
外文關鍵詞:TIAAGC
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在本篇論文中,我們設計了適用於紅外線無線通訊的前置放大器與後置放大器電路。前置放大器以轉阻放大器來實現之,針對轉阻放大器的設計上,運用C-peaking的技術;降低電路雜訊的技巧;採用主動回授電阻以提升輸入動態範圍;線性度的改良等。前置放大器的增益皆超過60dBΩ;-3dB頻寬都達到100MHz以上。後置放大器以負回授自動增益控制器實現之,用以提升系統的動態範圍。負回授自動增益控制器能降低對外界環境與製程變異的靈敏度,此外,還能降低系統的低頻雜訊。經由自動增益控制器的回饋,使得輸出訊號能夠維持1Vpp的振幅大小。整個接收系統(包含前置與後置放大器)總消耗功率為22.34mW,整個晶片面積為1000 1000um2,以TSMC 0.35um CMOS製程製作實現。在光通訊系統的設計中,不論是資料傳輸速率,線性度的需求,抵抗雜訊的能力上,都跟前置放大器的設計上息息相關。光接收器主要運用於偵測輸入光源強度,並且將光訊號轉成電氣訊號放大之。並在前置放大器的後級,製作了一個後置放大器,易於後級電路的整合。傳統上,無線傳輸皆以無線電波來傳遞,但由於頻道的不足,因此光通訊成為一個解決之道。光接收端主要包括光偵測器與前置放大器,一個優良的前端放大器不只需要高速及高線性度,更需要降低輸入雜訊以增加偵測器的解析度。前置放大器必須提供足夠的頻寬、動態範圍、增益和輸出振幅,以達到良好的系統效能。前置放大器的設計上,一般皆採用轉阻放大器電路,因為其有較好的頻率響應和動態範圍。在通訊系統的類比接收端,大部分都包含有增益控制系統以及時序回復電路,而增益控制系統是相當重要的,他能把前置放大器所收到的變化信號,保持在一特定的範圍內,使與電路的後級部分更容易整合。而增益控制系統可以分為兩大類:限制放大器及自動增益控制器兩種可行的方法,而我們選用後者實現之。最後,前置放大器與後置放大器的所有線路皆以佈局後的模擬結果驗證無誤。以台灣積體電路公司(TSMC 0.35um)金氧半場效電晶體製程設計,送至國家晶片實現中心製作之。本論文針對紅外線無線資料傳輸接收端的前置放大器與後置放大器分別設計之。本論文的編排順序如下:第一章為類比前端放大器的簡介;第二章為各種不同前端放大器的規格之比較,將前置放大器與後置放大器逐類分別介紹;第三章中為前置放大器的雜訊考量,應用不同的雜訊模型來分析電路,避免電路雜訊的干擾;第四章為前置放大器的設計與模擬結果;第五章為後置放大器的設計與模擬結果;第六章為總結部分。

In this work, we design a pre-amplifier and a post-amplifier aiming at the requirements of wireless infrared communication system. The pre-amplifier is composed of a transimpedance amplifier that using C-peaking technology, low noise structure, and active feedback resistance to enhance input dynamic range, and linearity improvement. The pre-amplifier can meet the IrDA communication requirements. The gain is over 60dBΩ and the —3dB bandwidth is over 100MHz. A post-amplifier is added in the system to enlarge the input dynamic range. The feedback type auto-gain control (AGC) make the entire system much less sensitive to environment and process variation. Furthermore, it also reduces the low frequency noise. The output voltage signal swing is 1 volt peak-to-peak and the power consumption is about 22.34mW. The whole chip area is 1000 1000 um2, which is fabricated with TSMC 0.35um CMOS technology.

摘要……………………………………………………………………….……I
致謝……………………………………………………………………..…..…II
目錄……………………………………………………………………..….…III
圖目錄……………………………………………………………………...…VI
表目錄……………………………………………………………………..…IX
第一章 簡介…………………………………………………………………1
第二章 類比前端放大器的基本架構簡介…………………………………3
2.1 簡介.………………………………………………………………………4
2.2 前端放大器基本架構.……………………………………………………4
2.2.1 前端放大器電路規格.…………………………………………… 5
2.3 前置放大器.………………………………………………………………5
2.3.1 固定增益轉阻放大器..……………………………………………8
2.3.2 可調變增益轉阻放大器…..………………………………………8
2.3.3 前置放大器的設計考量…..………………………………………8
2.4 後置放大器…….…………………………………………………………9
2.4.1 前授式自動增益控制器..…………………………………………9
2.4.2 回授式自動增益控制器….………………………………………10
2.4.3 限制放大器.………………………………………………………10
2.5 前端放大器之重要參數…………………………………………………11
2.5.1 動態範圍.…………………………………………………………11
2.5.2 線性度….…………………………………………………………12
第三章 前置放大器之雜訊分析...…………………………………………14
3.1 簡介………………………………………………………………………15
3.2 雜訊理論…………………………………………………………………15
3.3 前置放大器的雜訊分析…………………………………………………19
3.3.1 基體串訊干擾.……………………………………………………19
3.3.2 熱雜訊.……………………………………………………………21
第四章 轉阻前置放大器之設計與模擬...…………………………………25
4.1 簡介………………………………………………………………………26
4.2 前置放大器電路規格……………………………………………………26
4.3 固定增益轉阻放大器的設計及模擬結果………………………………27
4.3.1高增益 I-V+V-V放大器電路……………………………………27
4.3.2低雜訊差動轉阻放大器電路..……………………………………32
4.4 可調增益轉阻放大器的設計及模擬結果………………………………35
4.4.1回授路徑的改良…………………………………………………..36
4.4.2電流回授型差動放大器電路..……………………………………38
4.4.3三級串接反相放大器電路..………………………………………42
第五章 後置放大器之設計與模擬…...……………………………………49
5.1 簡介………………………………………………………………………50
5.2 後置放大器電路規格……………………………………………………51
5.3 回授式自動增益控制器架構與公式推導………………………………51
5.3.1 回授式自動增益控制器架構簡介……………………………….51
5.3.2 回授式自動增益控制器公式推導……………………………….53
5.4 自動增益控制器電路設計與實現………………………………………55
5.4.1 可變增益放大器電路設計與模擬結果………………………….55
5.4.2 增益緩衝級電路設計與模擬結果……………………………….59
5.5 回授網路…………………………………………………………………62
5.5.1 振幅偵測器電路設計與模擬結果……………………………….62
5.5.2 積分器電路設計與模擬結果…………………………………….67
5.6 自動增益控制系統電路設計與模擬結果………………………………70
5.7 前端放大器之積體化……………………………………………………74
5.7.1 前端放大器積體化之電路設計………………………………….74
5.7.2 前端放大器積體化之模擬結果………………………………….75
第六章 結論………………………………………………………………...76
參考文獻……………………………………………………………………...77

[1] J. P. Powers, An Introduction to Fiber Optic Systems, Aksen Associates
Incorporated Publishers, IWIRN, Boston, 1993.
[2] A. A. Ketterson, J. W. Seo, M. H. Tong, K. L. Nummila, J. J. Morikuni, K.
Y. Cheng, S. M. Kang, and I. Adesida, IEEE Trans. Electron Devices, vol. 40,
no. 8, pp. 1406-1416, 1993.
[3] A. A. Ketterson, M. Tong, J. W. Seo, K. Nummila, J. J. Morikuni, S. M.
Kang, and I. Adesida, IEEE Photonics Technology Lett., vol. 4, no. 1, pp. 73-
76, 1992.
[4] M. Abraham, IEEE Trans.Circuits Syst., vol. Cas-29, no. 6, pp. 375-382,
1982
[5] Khoman Phang and David A. Johns, Senior Member, IEEE A CMOS
Optical for Wireless Infrared Communication, vol. 46, no. 7, JULY 1999.
[6] Renaka P. Jindal, IEEE Gigahertz-Band High-Gain Low-Noise AGC Amplifiers in Fine-Line NMOS, Vol. SC-22, No. 4, pp. 512-520, Aug, 1987.
[7] Douglas N. Green, IEEE Global Stability Analysis of Automatic Gain Control Circuits, Vol. CAS-30, No. 2, pp. 78-83, Feb, 1983.
[8] Jerald G. Graeme, Photodiode Amplifier, pp. 21-28
[9] Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw HillCompanies Inc., 2001
[10] David M. Pietruszynski , John M. Steininger , IEEE A 50-Mbit/s CMOS Monolithic Optical Receiver , vol. 23, no. 6 ,December ,1988
[11] Akira Tanabe , Masaaki Soda , Yasushi Nakahara , Takao Tamura , Kazuyoshi Yoshida , and Akio Furukawa , IEEE A Single-Chip 2.4-Gb/s CMOS Optical Receiver IC with Low Substrate Cross-Talk Preamplifier , vol. 33 , no. 12 ,December 1998
[12] ASAD A. Abidi , IEEE Gigahertz Transresistance Amplifiers in Fine Line NMOS , vol. sc-19 , no. 6 , December 1984
[13] N. Haralabidis , S. Katsafouros , G. Halkias , IEEE A 1GHz CMOS Transimpedance Amplifier for Chip-to-chip Optical Interconnects , May 28-31 , 2000
[14] A. Payne, and C. Toumazou, IEEE Trans. Circuit Theory, vol. 43, no. 1, pp. 43-50, 1996.
[15] Ali Motamed , Changku Hwang , Senior Member , IEEE A Low-Voltage Low-Power Wide-Range CMOS Variable Gain Amplifier , vol. 45 , no. 7 , july 1998
[16] J. J. F. Rijns , IEEE CMOS Low-Distortion High-Frequency Variable Gain Amplifier , vol. 31 , no. 7 , july 1996
[17] R. Gomez and A. A. Abidi , IEEE A 50MHz Variable Gain Amplifier Cell in 2um CMOS , pp 9.4.1-9.4.3 , 1991
[18] G. F. Williams, and H. P. Leblanc, J. Lightwave Technol., vol. LT-4, no. 10, pp. 1502-1508, 1986.
[19] Makoto Nakamura , Yukio Akazawa , Noboru Ishihara , IEEE An Instantaneous Response CMOS Optical Receiver IC with Wide Dynamic Range and Extremely High Sensitivity Using Feed-Forward Auto-Bias Adjustment , vol. 30 , no. 9 , September 1995
[20] Mark Ingels , Geert Van der Plas , Jan Crols , Michel Steyaert , IEEE A CMOS 18 THz 240 Mb/s Transimpedance Amplifier and 155 Mb/s LED-Driver for Low Cost Optical Fiber Links , vol. 29 , no. 12 , December 1994.
[21] P. C. Huang, IEEE Analog Front-End Architecture and Circuit Design Techniques for High Speed Communication VLSIS ,PHD thesis, National Central University, Chung-li, Taiwan, ROC, 1998.
[22] C. K. Wang and P. C. Huang, IEEE An Automatic Gain Control Architecture for SONET OC-3 VLSI , vol. 44 , no. 9 , September 1997
[23] Po-Chium Huang , Chen-Yi Huang , and Chorng-Kuang Wang , IEEE A 155-MHz BiCMOS Automatic Gain Control Amplifier , vol. 46 , no. 5 , May 1999

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