[发明专利]半分布式无源可变衰减器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及射频/微波通信系统集成电路技术领域中的一种半分布式无源可变衰减器。本发明可用于超宽带射频/微波通信系统、自动增益控制系统、相控阵系统、电子对抗系统中对信号幅度实现低差损的变化增益衰减的功能模块。

背景技术

目前，射频/微波通信系统集成电路技术领域中，可变衰减器广泛用于超宽带射频/微波通信系统、自动增益控制系统、相控阵系统、电子对抗系统，实现对信号幅度低差损的变化增益衰减。较小插入相位变化量、精确衰减精度、较高线性度的数字衰减器使射频/微波通信系统省去相位校准模块所需要的额外电路，并且能够处理幅度较大的信号，还可以与数字信号处理模块兼容，实现数字信号控制。

当今成熟的单芯片可变衰减器采用由单刀双掷开关或者PIN二极管开关控制的电阻网路来实现信号幅度的可变衰减，应用广泛。但是，电阻网路衰减器的插入损耗较大，信号通过后会引起不必要的衰减。采用单刀双掷开关进行衰减控制，通常需要两条信号通路，这会增大衰减器所占的芯片面积，增加制造成本。此外，PIN二极管需要在当今成熟的芯片制造工艺的基础上增加额外的工序，这也增加了成本。利于微带线替代电阻网路实现的衰减器，已经有公开的成功，不仅差损低、附加相移小，而且能够实现良好的输入端和输出端的阻抗匹配，但是衰减范围都非常有限，因而也限制了其应用领域。

石家庄开发区华北集成电路设计有限公司拥有的专利技术“一种提高功效的数控衰减器”（授权公告号CN201533291U，申请号200920254480.9，申请日期2009.11.17）中公开了一种提高功效的数控衰减器。该衰减器采用π型结构的电阻网络结构，尽管采用了降低谐波干扰的、产生与谐波相位方向相反谐波的微带线相位补偿结构，对附加相移进行补偿，提高了衰减精度。但是，该专利技术仍然存在的不足是：该相位补偿结构增加了电路的复杂度，不适于集成系统。如果不采用相位补偿结构，π型结构电阻网络的开关衰减器的附加相移大，会降低衰减精度。此外，该衰减器的并联支路采用单一晶体管作为控制开关，该管的非线性特性会降低衰减器的线性度。

LG电子株式会社拥有的专利技术“可变衰减器系统及方法”（授权公告号CN1297036B，申请号200310119841.6，申请日期2003.11.12）中公开了一种可变衰减器系统。该衰减器系统采用PIN二极管作为控制开关，实现衰减控制。该专利技术所公开的衰减器系统存在的不足是：该可变衰减器系统作为控制开关的PIN二极管，无法利用现有的大规模集成电路制造工艺直接加工制造，需要增加额外的工艺步骤进行制造，增加了衰减器的制造成本。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，提出一种半分布式无源可变衰减器。本发明可以满足目前射频/微波通信系统集成电路的发展要求，以及对低插入损耗、低附加相移、高线性度、低功耗、小芯片面积、可用于单芯片射频/微波系统集成的可变衰减器的应用需求。

本发明包括一个微带线分布式的0～7dB分布式衰减模块，两个集总式晶体管网络结构的衰减模块8dB衰减模块、16dB衰减模块，一个输入控制转换模块，四个共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3。本发明的工作频率范围为0～50GHz，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的信号幅度衰减。

0～7dB分布式衰减模块，采用微带线分布式混合T-π型衰减结构，该结构以体端与源极相连结构的场效应晶体管作为控制开关，以1dB的步进长度，用于实现0～7dB的信号幅度可变衰减。

8dB衰减模块和16dB衰减模块，均采用π型衰减结构，该结构以带有沟道并联电阻结构的场效应晶体管作为串联支路的控制开关，以堆叠结构的场效应晶体管作为并联支路的控制开关，用于实现8dB和16dB的信号幅度衰减。

输入控制转换模块采用级联反相器的缓冲器结构，用于实现输入的三位数字控制信号到0～7dB分布式衰减模块的七位控制信号的转换。

共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3，分别用于实现输入端与8dB衰减模块的输入端之间、8dB衰减模块的输出端与0～7dB分布式衰减模块的输入端之间、0～7dB分布式衰减模块输出端与16dB衰减模块的输入端之间、16dB衰减模块的输出端与输出端之间的阻抗匹配。