[發明專利]低差損低相移高集成度五位步進式超寬帶數控衰減器

有效

• 申請號: 201310391182.5
• 申請日: 2013-08-31
• 公開（公告）號: CN103441747A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 莊奕琪;李振榮;張巖龍;靳剛;湯華蓮;張麗;李聰;曾志斌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達、通信、制導電子部件技術領域中的一種低差損低相移高集成度五位步進式超寬帶數控衰減器。本發明可用于超寬帶通信系統、射頻無線電系統、軍用通信系統、相控陣系統、空間通信收發機系統中對信號幅度實現的低差損低相移的衰減功能。

背景技術

目前，雷達、通信、制導電子部件技術領域中，超寬帶數控衰減器廣泛用于超寬帶通信系統、射頻無線電系統、軍用通信系統、相控陣系統、空間通信收發機系統，較小的插入相位變化量、精確的衰減精度的數控衰減器使系統省去為校準系統需要的額外電路，并且可以編程控制，易與計算機技術兼容。

當今成熟的單芯片數控衰減器用GaAs單片微波集成電路技術實現，具有較好的性能。但是，由于當前的GaAs工藝的芯片成品率較低，加工價格比較昂貴，因而衰減芯片的成本較高。而且，GaAs工藝與當今大量用于超大規模集成電路生產制造的硅工藝不具有兼容性，從而使得利用GaAs工藝實現的射頻微波電路模塊很難用于片上系統集成。隨著硅集成電路工藝技術的發展，利用CMOS和BiCMOS的工藝也能實現數控衰減器，并且可以用于超寬帶通信系統的單芯片集成，但其性能有待進一步提高。此外，數控衰減器通常采用多個獨立衰減模塊級聯構成，由于各模塊之間需要阻抗匹配結構，使得整體數控衰減器所占用的芯片面積較大。

南京理工大學在其專利申請文件“微波毫米波低相位差寬頻帶數字衰減器集成電路”（授權公告號CN2884689Y，申請號200520077717.2，申請日期2005.11.17）中公開了一種微波毫米波低相位差寬頻帶數字衰減器集成電路。該電路通過單刀雙擲開關，在參考微帶線和電阻衰減網路中切換，實現不同衰減量的轉換控制。該專利申請文件所公開的數控衰減器電路存在的不足是：衰減器的參考態和衰減態分別為兩個信號通路，占用的芯片面積較大，降低了應用該電路集成的系統芯片的集成度；單刀雙擲開關不僅會增加電路結構的復雜度，占用較大的芯片面積，而且其較大的寄生電容在頻率較高時，會在信號通路中會引入較大的插入損耗和附加相移。

無錫南理工科技發展有限公司在其專利申請文件“微波毫米波超寬帶低相移六位數字衰減器”（申請公布號CN102403973A，申請號201110331732.5，申請日期2011.10.27）中公開了一種微波毫米波超寬帶低相移六位數字衰減器。該衰減器中采用贗配結構高電子遷移率晶體管作為開關控制，實現在32～38GHz的頻帶范圍內步進式衰減。該專利申請文件所公開的數控衰減器，雖然具有較低插入損耗和附加相移，但是仍然存在的不足是：該數控衰減器中采用GaAs工藝的高電子遷移率晶體管作為不同衰減模塊狀態切換的控制開關，生產成本較高，成品率較低；GaAs工藝與當今用于超大規模集成電路制造的硅工藝無法實現生產制造兼容，不利于實現單芯片集成超寬帶射頻微波系統。

西安華騰微波有限責任公司在其專利申請文件“一種數控衰減器電路”（授權公告號CN201928244U，申請號201020576289.9，申請日期2010.10.22）中公開了一種數控衰減器電路。該電路可以實現大步進衰減量數控衰減器到小步進衰減量數控衰減器的改進。該專利申請文件所公開的數控衰減器電路所存在的不足是：采用兩條帶有數控衰減器結構的信號通道進行信號處理，增加了電路結構的復雜度，所占用的芯片面積成倍增加，大大降低了該電路的芯片集成度。該電路利用電橋對信號進行單端-雙端之間的轉換，由于當今集成電路單端-雙端轉換電路的性能上不是很好，因而電橋性能的不足會制約整體數控衰減器的性能。此外，該專利申請文件所公開的數控衰減器電路中沒有提出數控衰減器的具體電路結構。

甄建宇，王清源，趙瑞華，劉金，王凱發表的“一種正電控制大衰減量的6bit單片數控衰減器”（半導體集成電路，2013.03：184-188）論文中公開一種六位數控衰減器。該數控衰減器也采用砷化鎵工藝的場效應管作為控制開關，盡管衰減范圍較大，衰減精度較高，但是仍然存在的不足是：整體數控衰減器是有多個獨立衰減模塊級聯構成，占用了較大的芯片面積，用于超寬帶系統集成時，會降低系統的集成度。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，提出一種低差損低相移高集成度五位步進式超寬帶數控衰減器。本發明可以滿足目前超寬帶集成電路片上系統的發展要求，以及對低插入損耗、低附加相移、高集成度、低功耗、小芯片面積的數控衰減器的應用需求。