信号衰减器的制作方法

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种信号衰减器。

背景技术：

cmos射频接收前端是各种低成本通信芯片中的重要模块。在某些特定的情况下，射频接收前端能接收到相当大的信号，为了应对这种状况，通常需要在低噪放之前加入一级信号衰减器，来对信号进行一定程度的衰减，以免低噪放饱和。

较低频的接收机(例如fm接收机)中，通常可以采用简单的r-2r阵列和mos管开关来实现衰减器。典型的r-2r衰减器的基本结构如图1所示，采用电阻分压来对输入信号进行衰减，通过mos管开关来选择导通的路线，对衰减程度进行调节。在衰减最多时，最右侧支路的开关导通，其他支路开关断开。由于衰减器只有在输入信号较大的时候才会工作在这一状态下，所以此时最左侧的断开支路承受着较大的电压摆幅，会产生较大的非线性。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

对于较大信号，在最大衰减状态下衰减器最左侧断开支路会产生过大的非线性电压，并最终使输出信号存在较大失真。

技术实现要素：

本发明提供的信号衰减器，能够降低信号衰减器在特定状态下产生的非线性电压，改善输出信号的质量。

本发明提供一种信号衰减器，包括：多条mos管支路和电阻网络，所述电阻网络由不同mos管支路之间的电阻以及各条mos管支路和地之间的电阻所构成，其中，

每条所述mos管支路包括第一mos管、第二mos管以及中间节点mos管，所述第一mos管的漏极与所述第二mos管的源极连接，并连接至所述中间节点mos管的漏极，所述中间节点mos管的源极接地，所述第一mos管的源极作为每条mos管支路的第一节点，所述第二mos管的漏极作为每条mos管支路的第二节点；

第一条mos管支路的第一节点连接至输入信号，所有mos管支路的第二节点连接于一点，作为所述信号衰减器的输出端；

在所述第一条mos管支路中，该条支路的中间节点mos管和第二mos管的阻值配比关系使得所述信号衰减器的输出信号与该条支路的第一mos管无关。

可选地，所述电阻网络满足r-2r型信号衰减器的阻值特性。

可选地，所述第一条mos管支路的第二mos管在关断时的阻值远大于该支路的中间节点mos管的导通电阻、输入电压信号的等效内阻以及所述电阻网络中的任意一个电阻的阻值。

本发明提供的信号衰减器，包括多条mos管支路和电阻网络，将每条mos管支路分为上下两部分以及一个中间节点mos管，在上下两个开关断开时，除了这两个开关断开以外，还额外通过中间节点mos管将中间节点接地，从而能够防止输入信号在中间节点产生过大的非线性电压。同时通过在最左侧的第一条mos管支路中，合理的选择开关阻抗，对信号衰减器中第一条mos管支路的中间节点mos管和第二mos管的阻值配比关系作了限定，来减小在特定状态下最左侧支路产生的非线性电压，提高输出信号的质量。

附图说明

图1为现有的信号衰减器的结构示意图；

图2为本发明的信号衰减器的一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示的信号衰减器在最大衰减下的等效电路；

图4为本发明的信号衰减器的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种信号衰减器，如图2所示，所述信号衰减器包括：

多条mos管支路和电阻网络，该电阻网络由不同mos管支路之间的电阻以及各条mos管支路和地之间的电阻所构成，其中，

每条mos管支路包括第一mos管、第二mos管以及中间节点mos管，每条mos管支路中，第一mos管的漏极与第二mos管的源极连接，并连接至中间节点mos管的漏极，中间节点mos管的源极接地，第一mos管的源极作为每条mos管支路的第一节点，第二mos管的漏极作为每条mos管支路的第二节点；

最左侧的支路作为第一条mos管支路，第一条mos管支路的第一节点连接至输入信号，所有mos管支路的第二节点连接于一点，作为所述信号衰减器的输出端；

在第一条mos管支路中，该条支路的中间节点mos管和第二mos管的阻值配比关系使得所述信号衰减器的输出信号与该条支路的第一mos管无关。

通过上述方案，将每条mos管支路分为上下两部分，在上下两个开关断开时，除了这两个开关断开以外，还额外通过中间节点mos管将中间节点接地，从而能够防止输入信号在中间节点产生过大的非线性电压。

但是经过分析可知，由于中间节点mos管的尺寸不可能无限大，因此无法完全消除中间节点的非线性电压，最终还是会通过开关的非理想性传递到输出端。

在最大衰减状态下，最左侧支路会产生较大的非线性电压，影响输出信号的质量。为了消除输出信号的非线性，我们可以通过合理的选择最左侧第一条支路的开关阻抗来实现。如图3所示，展示了本发明的信号衰减器在最大衰减状态下的等效电路，其中r1，r2，rg分别代表第一mos管m1，第二mos管m2，中间节点mos管mr的源漏电阻；rx1，rx2，rx3代表原电阻网络的等效网络中的器件，右侧支路导通时电阻很小，可认为短路。该电路可以对应绝大部分的开关电阻网络。

在上述电路中，第一条支路的m1管承受着最大的信号幅度，导致r1随着输入电压的瞬时变化而变化，是该电路最主要的非线性来源。

根据图3所示电路，可以写出vo的表达式为：

其中：

x＝r1rg+r1r2+rgr2(2)

式(1)中，rx1，rx2，rx3会随着支路条数的不同而不同，直接取决于电阻网络的形式。

如果可以令该电路的电压传输函数对r1的值不敏感，即在表达式(1)中，不存在r1的相关多项式，就可以直接提高该电路的线性度，提高输出信号的质量。

下面以一个具体的例子来推导如何保证vo的表达式与r1的阻值无关。

如图4所示，为一个具有5条mos管支路的r-2r型衰减器在最大衰减状态下的工作状态。方便起见，图4中只显示了最左侧的第一条mos管支路、最右侧的一条mos管支路以及电阻网络，省略了一些无关紧要的开关和器件。

对图4所示电路进行等效变换，对应到图3，则可以得到：

将式(3)至式(5)代入式(1)，则可以得到：

利用r2远大于rg，rs或r的条件，可以最终化简得到：

从表达式(7)中可以看出，若：

则r1可以从vo的表达式中被消去，也就是vo与r1无关，这种情况下，r1无论有多大的非线性，都不会在输出电压中表现为失真信号。解得条件为：

针对开关电阻电路的具体结构的不同，可以按照上述同样的方法推导出不同的rg和r2的阻值配比关系。所以，本发明的关键就是按以上的方法和结论来对mr的导通阻抗rg和m2的断开阻抗r2进行配比，从而消除m1的非线性电压对输出电压的影响。实际应用中寄生电容的存在会使结果略有偏差，但因为该电路的工作频率较低，影响并不严重，本发明依旧能起到很好的效果。由于m2还需要在最小衰减情况下导通，所以为了保证这个工作状态，优先设计m2，以保证最小衰减情况下的信号导通；其次再根据其断开阻抗r2的值来设计mr，来完成本发明的应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。