[發明專利]一種寬帶高精度數控有源衰減器

有效

• 申請號: 201811111201.3
• 申請日: 2018-09-22
• 公開（公告）號: CN109412554B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 李巍;葉驕
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03H11/24
• 分類號: H03H11/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于射頻微波集成電路技術領域，具體為一種寬帶高精度數控有源衰減器。本發明衰減器包括六個一位的數控衰減單元和三個幅度補償匹配電路，以及冗余的0.5dB衰減單元和1dB衰減單元用于系統性能微調整。該衰減器的衰減單元基于switched Pi/T類型的架構，衰減器通過控制MOS管開關的通斷分別提供0.5、1、2、4、8、16dB的衰減；幅度補償匹配電路由MOS開關并聯電感組成，開關的導通和關斷可以改變幅度隨著頻率變化的斜率，進而能夠顯著減小幅度誤差；此外，該衰減器的0.5dB、1dB衰減單元中的電阻采用晶體管導通電阻代替，減小了由工藝偏差帶來的誤差；為便于衰減量的補充和微調，設計了冗余的0.5dB衰減單元和1dB衰減單元。

技術領域

本發明屬于射頻微波集成電路技術領域，具體涉及一種多功能收發組件中的寬帶衰減器?？捎糜跓o線通訊、雷達探測等相關相控陣系統中。

背景技術

通常，接收機接收到的信號幅度會隨著與信號源距離的變化，產生幾十到幾百毫伏的變化。為了保證接收機內部的信道不被幅度過大的信號阻塞，能夠對信號進行處理，需要增加信號幅度控制模塊。該模塊用于對信號的增益進行控制，使后續模塊，如移相器、混頻器、低噪放等以及數字信號處理器能正常工作?？勺兯p器和可變增益放大器是常用的兩種模塊。相比于可變增益放大器，可變衰減器具有極低的功耗、較高的線性度以及較寬的工作帶寬，因此有著更為廣泛的應用，傳統的可變衰減器產品均采用砷化鎵工藝，其電路具有低插入損耗、高線性度的優點。但是，砷化鎵工藝成品率較低，加工成本較高，與廣泛應用的硅工藝不兼容，這限制了其應用范圍。隨著硅工藝的不斷改進，MOS場效應晶體管的特性得到了很大的提升，使得CMOS高性能衰減器的實現成為了可能。

數控衰減器通過開關來控制信號是否通過衰減網絡以實現參考態和衰減態的切換，由于NMOS開關的非理想特性導致不同狀態的信號具有較大的相位誤差和幅度誤差，因此很難在寬的頻率范圍內實現精度較高的衰減器，這就需要設計新型的補償電路來解決此問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有較寬的頻率范圍、能夠以較高的精度實現衰減的寬帶高精度數控有源衰減器。

本發明提供的寬帶高精度數控有源衰減器，是以六個一位的開關Pi/T型衰減單元級聯而成的六位數控衰減器，通過數字開關控制幅度的變化，并且可以通過數控電壓來調整幅度隨頻率變化的斜率。衰減器器的具體電路如附圖1所示，其包括：

六個一位的衰減單元，三個斜率補償匹配電路；其中，六個一位的衰減單元按照1dB、2dB、8dB、4dB、16dB和0.5dB順序級聯，構成31.5dB衰減器；三個斜率補償匹配電路分別設置于衰減單元1dB與2dB，8dB與4dB，16dB與0.5dB之間，用于改善級間的匹配特性，從而改變幅度隨頻率變化的斜率；其中，衰減單元8dB和16dB采用Pi型結構，衰減單元0.5dB、1dB、2dB、4dB采用橋T型結構。

此外，在衰減單元2dB、8dB之間連接一晶體管M₆到地，在衰減單元4dB、16dB之間連接另一晶體管M₁₃到地，在不增加電路插損的情況下，增加額外的0.5dB衰減單元、1dB衰減單元，用于調整衰減器整體性能。

本發明中，衰減單元2dB、4dB、8dB、16dB采用到地電阻并聯電容的結構，以減小相位誤差，如附圖1中的16dB衰減單元所示，電阻R₁₁，R₁₂分別與電容C₅，C₆并聯。0.5dB，1dB衰減單元中的電阻采用晶體管導通電阻代替，減小了由工藝偏差帶來的誤差。