[發明專利]一種具有溫度工藝角誤差補償功能的無源數控衰減器

有效

• 申請號: 202110685632.6
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113328729B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 李芹;趙桐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03H11/24
• 分類號: H03H11/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫建朋

本發明設計了一種具有溫度工藝角誤差補償功能的無源數控衰減器，以開關嵌入式T型衰減電路和簡化T型衰減電路為基本單元，其中4dB、8dB和16dB單元采用T型結構，0.25dB、0.5dB、1dB和2dB單元采用簡化T型結構。當控制信號控制所有電路單元工作在衰減態時，衰減器電路工作在最大衰減范圍31.5dB，電路其余可調諧的衰減狀態由控制信號決定，可調諧步進為0.5dB。本發明采取一系列的溫度工藝角誤差補償措施，使電路在大溫度范圍和各種工藝角條件下均能保持穩定的衰減范圍和衰減精度。其電路具體特征在于：用MOS管代替衰減電阻、正負溫度系數衰減單元疊加使用、增設用于溫度工藝角誤差補償的冗余位。

技術領域

本發明屬于數控衰減器技術領域，尤其涉及一種具有溫度工藝角誤差補償功能的無源數控衰減器。

背景技術

無線技術的高速發展和應用場景的擴大，加上集成電路產業工藝的巨大提升，收發模塊的小型集成化已成為趨勢，對高性能收發芯片的研究與開發已成為學術界與工業界的熱點。收發芯片中的幅度控制電路，除了衰減器，還有可變增益放大器(Variable GainAmplifier)。但是由于VGA具有較大的功耗、較差的線性度以及復雜的控制電路，因此目前衰減器更廣泛地被應用于收發芯片中。

作為幅度控制電路，衰減器在相控陣通信系統中均有著廣泛的運用。首先，為了實現信號幅度的控制，需要衰減器有較大的衰減范圍來對旁瓣電平進行調整；其次，為了實現相控陣雷達系統對目標進行準確追蹤定位，需要衰減器有較高的衰減精度，能對旁瓣電平進行精確調節。在相控陣的每個天線陣列單元中，無論發射通道還是接收通道都廣泛應用了衰減器模塊，衰減器的性能直接影響著整個相控陣系統的表現。無源衰減器中使用的阻抗元件較多，其電路性能易受芯片加工時的工藝角和實際工作溫度的影響。因此，衰減器的技術指標有衰減范圍、衰減精度、附加相移以及上述指標對溫度、工藝角的敏感程度。

目前工程中常用的衰減器結構主要包括分布式衰減器結構和開關內嵌式衰減器結構。現有的分布式衰減器電路原理結構如圖1所示，往往有著較小的衰減范圍，因此對信號幅度的控制范圍有限。而衰減范圍較大的開關內嵌式衰減器，如圖2(a)和圖2(b)所示，又經常伴隨著插入損耗和附加相移較大的問題，為信號通道的整體增益和相位誤差帶來壓力。并且所有結構的衰減器性能都會受到芯片加工的工藝角和工作溫度的影響。

發明內容

本發明目的在于提供一種具有溫度工藝角誤差補償功能的無源數控衰減器,以解決毫米波頻段數控衰減器設計中，衰減器的衰減范圍較小、衰減精度較差、附加相移較差，并且受溫度和工藝角影響大的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明的具體技術方案如下：

一種具有溫度工藝角誤差補償功能的無源數控衰減器，所述無源數控衰減器由0.25到16dB衰減單元電路級聯組成，以開關嵌入式T型衰減電路和開關嵌入式簡化T型衰減電路為基本單元，每個單元電路采用差分結構；

所述衰減單元的級聯順序從輸入端到輸出端依次為0.5dB、2dB、4dB、8dB、16dB、1dB和0.25dB，衰減單元電路之間用電感互相連接；

所述4dB、8dB和16dB單元為具有正溫度系數的開關嵌入式T型衰減電路結構；所述0.25dB、0.5dB、1dB和2dB單元為具有負溫度系數開關嵌入式簡化T型衰減電路結構；兩種類型的衰減器單元電路級聯起來，使得整體電路因溫度產生的誤差可以互相補償，實現抵消；

所述0.25dB衰減單元電路，作為一個溫度工藝角誤差補償單元使用，在控制編碼增加了一位的條件下，使得電路在工作溫度和工藝角發生變化時，電路的整體衰減量調諧狀態總能滿足0.5dB的步進，并且使每個衰減狀態的誤差小于0.25dB，提高數控衰減器對每個衰減狀態的控制精度；

整體電路為每個單元電路分配一位控制信號，控制信號決定該衰減單元工作在衰減態或參考態；當控制信號控制所有電路單元工作在衰減態時，衰減器電路工作在最大衰減范圍31.5dB，電路可調諧步進為0.5dB；