可程式控制增益放大器(PGA)

4.2.1 暫態模擬(Transient Analysis)

圖4.4 是模擬可程式控制增益放大器增益從-5dB至65dB變化 時，輸入系統最小信號0.56mV，信號頻率為1MHz，經由可程式控制 增益放大器不同增益所放大出來的結果，在增益設定為65dB時最大 輸出電壓範圍為1Vpp(Single-ended)。

圖4.4 暫態模擬(增益-5dB~65B)

4.2.2 頻率響應(Frequency response)

圖4.5 為可程式控制增益放大器在不考慮後級電路數位類比轉 換器ADC負載情形的頻率響應模擬結果，在最高增益65dB時的頻寬 為97.248MHz，由模擬得知，可程式控制增益放大器在增益變化的同 時，電路頻寬幾乎是沒有太大的變化。圖4.6 為可程式控制增益放大 器在實際應用上考慮ADC負載情形的頻率響應模擬結果。ADC電路 負載電容在本論文設計上考量為2pF。由於2pF的電容負載對於可程式 控制增益放大器來說是滿大的，使得輸出端成為可程式控制增益放大 器電路的主極點位置，而且大電容會使得頻寬衰減很嚴重，頻寬會只 剩下12.9MHz，略高於規格所要求的8.3Mz，因此在設計可程式控制

第四章 可程式控制增益放大器電路模擬結果

增益放大器電路時，對於負載電阻的大小必須特別考量，太大的電阻 值會造成頻寬小於規格要求，而太小電阻值可能會遇到線性度問題，

需要做最佳化模擬之後，才能決定負載電阻值大小。

圖4.5 可程式控制增益放大器無負載時頻率響應

圖4.6 可程式控制增益放大器考慮ADC負載頻率響應

4.2.3 線性度(Linearity)

圖4.7 與圖4.8 為對可程式控制增益放大器做線性度分析，即是 模擬可程式控制增益放大器電路的總諧波失真THD(Total Harmonic Distortion)，在測試信號頻率為1MHz，在增益0dB時，THD為-49.1dBc ; 在增益65dB時，THD為-54.8dBc。

圖4.7 THD分析(信號頻率1MHz，增益0dB)

圖4.8 THD分析(信號頻率1MHz，增益65dB)

第四章 可程式控制增益放大器電路模擬結果

圖4.9 與圖4.10 分別是模擬可程式控制增益放大器增益為0dB 與65dB時的總諧波失真 THD，測試信號頻率為8MHz，在增益0dB 時，THD為-47.1dBc ; 在增益65dB時，THD為-41.8dBc。

圖4.9 THD分析(信號頻率8MHz，增益0dB)

圖4.10 THD分析(信號頻率8MHz，增益65dB)

4.2.4 輸入相關雜訊(Input-Referred Noise)

以下是模擬第一級可變增益放大器的輸入相關雜訊，其輸出結 果，測試頻率為8MHz，增益設定為 13dB。

****** noise analysis tnom= 25.000 temp= 25.000 ******

frequency = 8.0000x hz

**** total output noise voltage = 6.2240f sq v/hz = 78.8923n v/rt hz transfer function value:

v(vop,von)/vd = 4.4689 equivalent input noise at vd = 17.6536n /rt hz

由以上模擬結果可知，雜訊大部分來自於第一級可變增益放大器 電路。以下再表示出可程式控制增益放大器的輸入相關雜訊，測試頻 率為8MHz，增益設定為65dB。

****** noise analysis tnom= 25.000 temp= 25.000

******

frequency = 8.0000x hz

**** total output noise voltage = 984.0992p sq v/hz = 31.3704u v/rt hz transfer function value:

v(vop5,von5)/vd = 1.7760k equivalent input noise at vd = 17.6640n /rt hz

第四章 可程式控制增益放大器電路模擬結果