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电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)和CMOS图像传感器被广泛应用于各种成像系统中，作为这些图像处理电路模拟前端关键模块的开关电容可变增益放大器显得尤为重要。随着传感器象素的增加，电路的速度也要随之提高，因此低成本、高速、低功耗的模拟前端电路成为当今图像处理电路的研究重点。
本文对开关电容可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)的工作原理和影响其性能的主要因素进行了分析，设计出一种低功耗的开关电容VGA。设计中采用增加虚拟管的自举开关来减小输入电阻，消除与输入有关的时钟馈通，进一步减小非线性失真。采用增益增强技术提高运算放大器的直流增益，减小开关电容放大器的增益误差，同时通过调整辅助运放的负载电容大小实现主运放建立时间特性的最优化。采用精确乘2放大器组成的流水线VGA，提高环路的反馈系数，减小运放的建立时间，减小电路功耗。仿真结果表明使用这种结构的VGA可以使得整个VGA的功耗减小25％。整个开关电容VGA由四级流水线结构VGA组成，增益控制位的高两位控制前三级的增益粗调VGA，调整范围为0-18 dB，步幅为6 dB：增益控制位的低六位控制第四级的指数增益控制VGA，调整范围为0-6 dB，步幅为0.094 dB。其中第四级的指数增益控制VGA使用一种等效电容阵列，可以减小电容面积和减小所需电容数值的种类，减小版图设计的难度。
整个电路的设计基于TSMC的0.25μm CMOS工艺，并使用Hspice对电路进行仿真，仿真结果表明，该VGA的采样频率可以达到20MSPS，功率为7mw，最大差分非线性(Differential Non-linearity,DNL)为0.71LSB，最大积分非线性(Integral Non-linearity,INL)为1.53 LSB，达到设计要求。最后根据版图设计规则对VGA的主要模块进行版图设计。