[发明专利]一种宽带高精度数控有源衰减器

说明书

本发明属于射频微波集成电路技术领域，具体为一种宽带高精度数控有源衰减器。本发明衰减器包括六个一位的数控衰减单元和三个幅度补偿匹配电路，以及冗余的0.5dB衰减单元和1dB衰减单元用于系统性能微调整。该衰减器的衰减单元基于switched Pi/T类型的架构，衰减器通过控制MOS管开关的通断分别提供0.5、1、2、4、8、16dB的衰减；幅度补偿匹配电路由MOS开关并联电感组成，开关的导通和关断可以改变幅度随着频率变化的斜率，进而能够显著减小幅度误差；此外，该衰减器的0.5dB、1dB衰减单元中的电阻采用晶体管导通电阻代替，减小了由工艺偏差带来的误差；为便于衰减量的补充和微调，设计了冗余的0.5dB衰减单元和1dB衰减单元。

技术领域

本发明属于射频微波集成电路技术领域，具体涉及一种多功能收发组件中的宽带衰减器。可用于无线通讯、雷达探测等相关相控阵系统中。

背景技术

通常，接收机接收到的信号幅度会随着与信号源距离的变化，产生几十到几百毫伏的变化。为了保证接收机内部的信道不被幅度过大的信号阻塞，能够对信号进行处理，需要增加信号幅度控制模块。该模块用于对信号的增益进行控制，使后续模块，如移相器、混频器、低噪放等以及数字信号处理器能正常工作。可变衰减器和可变增益放大器是常用的两种模块。相比于可变增益放大器，可变衰减器具有极低的功耗、较高的线性度以及较宽的工作带宽，因此有着更为广泛的应用，传统的可变衰减器产品均采用砷化镓工艺，其电路具有低插入损耗、高线性度的优点。但是，砷化镓工艺成品率较低，加工成本较高，与广泛应用的硅工艺不兼容，这限制了其应用范围。随着硅工艺的不断改进，MOS场效应晶体管的特性得到了很大的提升，使得CMOS高性能衰减器的实现成为了可能。

数控衰减器通过开关来控制信号是否通过衰减网络以实现参考态和衰减态的切换，由于NMOS开关的非理想特性导致不同状态的信号具有较大的相位误差和幅度误差，因此很难在宽的频率范围内实现精度较高的衰减器，这就需要设计新型的补偿电路来解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较宽的频率范围、能够以较高的精度实现衰减的宽带高精度数控有源衰减器。

本发明提供的宽带高精度数控有源衰减器，是以六个一位的开关Pi/T型衰减单元级联而成的六位数控衰减器，通过数字开关控制幅度的变化，并且可以通过数控电压来调整幅度随频率变化的斜率。衰减器器的具体电路如附图1所示，其包括：

六个一位的衰减单元，三个斜率补偿匹配电路；其中，六个一位的衰减单元按照1dB、2dB、8dB、4dB、16dB和0.5dB顺序级联，构成31.5dB衰减器；三个斜率补偿匹配电路分别设置于衰减单元1dB与2dB，8dB与4dB，16dB与0.5dB之间，用于改善级间的匹配特性，从而改变幅度随频率变化的斜率；其中，衰减单元8dB和16dB采用Pi型结构，衰减单元0.5dB、1dB、2dB、4dB采用桥T型结构。

此外，在衰减单元2dB、8dB之间连接一晶体管M₆到地，在衰减单元4dB、16dB之间连接另一晶体管M₁₃到地，在不增加电路插损的情况下，增加额外的0.5dB衰减单元、1dB衰减单元，用于调整衰减器整体性能。

本发明中，衰减单元2dB、4dB、8dB、16dB采用到地电阻并联电容的结构，以减小相位误差，如附图1中的16dB衰减单元所示，电阻R₁₁，R₁₂分别与电容C₅，C₆并联。0.5dB，1dB衰减单元中的电阻采用晶体管导通电阻代替，减小了由工艺偏差带来的误差。