专利名称：超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种广泛应用于相控阵雷达、微波卫星通信、精确制导、智能天线等电子系统中的电子部件，特别是ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器。
背景技术：
基于GaAs的微波集成电路(MMIC)的电压控制可变衰减器，被广泛应用于现代高级电子系统和设备。可变衰减器被应用于1)自动损失控制(ALC)组件的宽频增益控制块；2)宽频脉冲调制器；3)宽频无反射的单刀单掷(SPST)开关；4)宽频矢量调制器；5)宽频自动增益控制(AGC)放大器。匪IC电压控制可变衰减器拥有小型，轻量级，高出产量，低成本等特点，并且简单易用，低功率耗散。鉴于上述应用，可变衰减器拥有大的动态范围和低插入相移，兼容模拟式和数字式的衰减器近年来受到广泛的关注。描述这种可变衰减器产品性能的主要技术指标有(I)工作频率带宽；(2)衰减位数；(3)总衰减量；(4)衰减精度；(5)衰减步进；(6)最小插入损耗；(7)各衰减态相位差；(8)各衰减态输入和输出端电压驻波比；(9)各态转换速度；(10)电路尺寸；(11)承受功率；12)各电路之间电性能的一致性等。现有的毫米波数字/模拟可调衰减器由于实现衰减的方案的缺陷，尤其对频带宽、衰减量大的应用需求时，通常电性能指标难以满足要求。主要缺点有(I)电路拓扑复杂；(2)设计难度大；(3)エ艺加工难度大；(4)衰减精度低；(5)工作频带窄；(6)各衰减态之间的相位差大，即信号幅度变化吋，伴随的信号相位变化大；(7)各衰减态的输入和输出端电压驻波比差别大；(8)电路间电性能一致性较差；(9)电路尺寸较大，尤其各衰减态之间的相位差大是诸多同类产品中的共同缺点，这限制了该类产品在相控阵雷达系统和许多先进的通信系统及武器系统中的广泛应用。
发明内容
本发明在于提供一种兼容数字和模拟、拓扑结构简单、超宽带工作带宽、动态范围大、插入相移小、衰减精度高、插入损耗低、便于采用微波单片集成电路エ艺技术大批量生产的可调式衰减器集成电路。实现本发明目的的技术解决方案是ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，整个单元电路由信号输入端RFIN、串联分压衰减控制电路1、串联分压衰减控制电路
2、T型衰减电路和信号输出端RFOUT组成，其中T型衰减电路由连通衰减支路和分流衰减支路组成；串联分压衰减控制电路I控制T型衰减电路中的连通衰减支路，串联分压衰减控制电路2控制T型衰减电路中的分流衰减支路。信号从信号输入端RFIN输入，由信号输出端RFOUT输出。通过对串联分压衰减控制电路I和串联分压衰减控制电路I中的电压控制信号的连续或者步进调节，可实现连通衰减支路和分流衰减支路中衰减场效应管阻抗的连续或者步进变化，从而实现T型衰减电路衰减量的连续或者步进变化，即实现衰减器的模拟和数字兼容。本发明与现有技术相比，其显著优点是(1)电路拓扑简单，通过对电压控制信号的连续或者步进调节，可实现衰减量的连续或者步进变化，即实现衰减器的模拟和数字兼容；(2)插入损耗小，这是因为本发明只是用ー级T型衰减电路实现较大动态范围；(3)动态范围大，插入相移小；(4)控制简单，使用方便；(5)电路尺寸小；(6)成品率高，可采用单片微波集成电路エ艺大批量生产。
图1是本发明超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器电路的电路框图。图2是T型衰减电路的等效原理图。图3是本发明超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器电路的电原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步详细描述。结合图1和图3，本发明是ー种超宽带大动态数字模拟/兼容可调式衰减器，该衰减器由信号输入端RFIN、T型衰减电路、数字模拟控制转换电路和信号输出端RFOUT组成，信号从信号输入端RFIN流进T型衰减电路，从信号输出端RFOUT流出，而数字模拟控制转换电路则对T型衰减电路的衰减量进行步进或连续控制。T型衰减电路包括连通衰减支路和分流衰减支路，数字模拟控制转换电路包括串联分压衰减控制电路I和串联分压衰减控制电路2，其中串联分压衰减控制电路I控制连通衰减支路衰减，串联分压衰减控制电路2则对分流衰减支路进行控制。具体来说串联分压衰减控制电路I由电压控制信
号 V1、V1_1、V1_2、......、Vl_n，分压电阻 R1_0、R1_2、......、Rl_2n，控制场效应管 Fl_l、
Fl_2、……、Fl_n，偏置电阻R1_1、R1_3、……、Rl_2n_l，第一接地通孔VIAl构成，其中分压电阻R1_0和Rl_2的公共端A构成T型衰减电路中连通衰减支路的电压控制信号的输入端，电压控制信号Vl和分压电阻R1_0的一端相连，分压电阻R1_0的另一端和A相连，电压控制信号V1_1、V1_2、……、Vl_n分别与偏置电阻R1_1、R1_3、……、Rl_2n_l的一端相连，偏置电阻R1_1、R1_3、……、Rl_2n-l的另一端分别与控制场效应管F1_1、F1_2、……、Fl_n的栅极相连，控制场效应管Fl_l、Fl_2、……、Fl_n的漏极和源极之间分别并联分压电阻R1_2、R1_4、……、Rl_2n，控制场效应管Fl_l的漏极和A相连，控制场效应管Fl_l的源极和控制场效应管Fl_2的漏极相连，控制场效应管Fl_2的源极和控制场效应管Fl_3的漏极相连，……，控制场效应管Fl_n-1源极和控制场效应管Fl_n的漏极相连，控制场效应管Fl_n的源极接第一接地通孔VIA1，通过对电压控制信号V1、V1_1、Vl_2、……、Vl_n的连续或者步进变化，连通衰减支路的电压控制信号的输入端A因串联电阻分压可以获得-5伏特电压到零伏特电压的连续或者步进变化值；串联分压衰减控制电路2由电压控制信
号 V2、V2_1、V2_2、......、V2_n，分压电阻 R2_0、R2_2、......、R2_2n，控制场效应管 F2_l、
F2_2、......、F2_n，偏置电阻R2_1、R2_3、......、R2_2n_l，第二接地通孔VIA2构成，其中分
压电阻R2_0和R2_2的公共端B构成T型衰减电路中分流衰减支路的电压控制信号的输入端，电压控制信号V2和分压 电阻R2_0的一端相连，分压电阻R2_0的另一端和B相连，电
压控制信号V2_1、V2_2、......、V2_n分别与偏置电阻R2_1、R2_3、......、R2_2n_l的一端相
连，偏置电阻R2_1、R2_3、……、R2_2n-l的另一端分别与控制场效应管F2_1、F2_2、……、F2_n的栅极相连，控制场效应管F2_l、F2_2、……、F2_n的漏极和源极之间分别并联分压电阻R2_2、R2_4、……、R2_2n，控制场效应管F2_l的漏极和B相连，控制场效应管F2_l的源极和控制场效应管F2_2的漏极相连，控制场效应管F2_2的源极和控制场效应管F2_3的漏极相连，……，控制场效应管F2_n-1源极和控制场效应管F2_n的漏极相连，控制场效应管F2_n的源极接第二接地通孔VIA2，通过对电压控制信号V2、V2_l、V2_2、……、V2_n的连续或者步进变化，分流衰减支路的电压控制信号的输入端B因串联电阻分压可以获得-5伏特电压到零伏特电压的连续或者步进变化值；连通衰减支路由第一微带线M1，偏置电阻
R3_1、R3_2、......、R3_m、R4_l、R4_2、......、R4_m,连通衰减场效应管 F3_1、F3_2、......、F3_
m、F4_l、F4_2、......、F4_m，第二微带线 M2 构成，偏置电阻 R3_l、R3_2、......、R3_m、R4_l、
R4_2、……、R4_m的一端均与连通衰减电路电压控制信号输入端A相连，另一端分别与连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m的栅极相连，第一微带线Ml的一端接信号输入端，第一微带线Ml的另一端接连通衰减场效应管F3_l的源极，连通衰减场效应管F3_l的漏极接连通衰减场效应管F3_2的源极，连通衰减场效应管F3_2的漏极接连通衰减场效应管F3_3的源扱，……，连通衰减场效应管F3_m-1的漏极接连通衰减场效应管F3_m的源极，连通衰减场效应管F3_m的漏极接连通衰减场效应管F4_l的源极，连通衰减场效应管F4_l的漏极接连通衰减场效应管F4_2的源扱，……，连通衰减场效应管F4_m-1的漏极接连通衰减场效应管F4_m的源扱，连通衰减场效应管F4_m的漏极接第二微带线M2的一端，第二微带线的另一端接信号输出端RFOUT，连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4 _m的栅极能同时获得_5伏特夹断电压到零伏特导通电压的连续或者步进变化值；分流衰减支路由偏置电阻R5_l、R5_2、……、R5_m,分流衰减控制场效
应管F5_1、F5_2、......、F5_m，第三接地通孔VIA3构成，偏置电阻R5_l、R5_2、......、R5_
m的一端均与分流衰减电路电压控制信号输入端B相连，另一端分别与分流衰减场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m的栅极相连，分流衰减场效应管F5_l的漏极与连通衰减场效应管F3_m的漏极相连，分流衰减场效应管F5_l的源极与分流衰减场效应管F5_2的漏极，……，分流衰减场效应管F5_m-1的源极与分流衰减场效应管F5_m的漏极相连，分流衰减场效应管F5_m的源极接第三接地通孔VIA3，分流衰减场效应管F5_1、F5_2、……、F5_m的栅极能同时获得_5伏特夹断电压到零伏特导通电压的连续或者步进变化值。如图3所示，T型衰减电路由第一微带线M1，偏置电阻R3_l、R3_2、……、R3_m、
R4_1、R4_2、......、R4_m,连通衰减场效应管 F3_1、F3_2、......、F3_m、F4_l、F4_2、......、F4_
m，第二微带线M2，偏置电阻R5_1、R5_2、……、R5_m，分流衰减场效应管F5_1、F5_2、……、F5_m,第三接地通孔VIA3构成，而如图2所示，整个T型衰减电路可以等效为ー个最简单的T型衰减结构，其中连通衰减场效应管F3_l、F3_2、……、F3_m等效为第一可调电阻Rl，连通衰减场效应管F4_1、F4_2、……、F4_m等效为第二可调电阻R2，分流衰减场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m等效为第三可调电阻R3，因为真正起衰减作用的是连通衰减场效应管
F3_1、F3_2、......、F3_m、F4_l、F4_2、......、F4_m 和分流衰减场效应管 F5_l、F5_2、......、
F5_m，这种等效不用顾及T型衰减电路中的的其他元件。由场效应管的特性可以知，通过对场效应管的栅极电压的控制，可以控制场效应管漏源间的阻抗，且在理想的条件下，栅极电压为-5伏特夹断电压时，阻抗为无穷大，栅极电压为零伏特导通电压时，阻抗为O。而在本发明中连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m栅极均与连通衰减支路的电压控制信号的输入端A相连，连通衰减支路的电压控制信号输入端A可以实现-5伏特夹断电压到特零伏特导通电压连续或者步进变化，因此连通衰减场效应管F3_l、F3_2、……、F3_m可以等效为第一可调电阻R1，连通衰减场效应管F4_1、F4_2、……、F4_m可以等效为的第二可调电阻R2，且理想条件下第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2最小值为零欧姆，最大值为无穷大，第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2是同步变化的；分流衰减场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m的栅极均与分流衰减支路的电压控制信号的输入端B相连，分流衰减支路的电压控制信号输入端B可以实现-5伏特夹断电压到零伏特导通电压连续或者步进变化，因此分流衰减场效应管F5_1、F5_2、……、F5_m可以等效为第三可调电阻R3，且理想条件下第三可调电阻R3最小值为零欧姆，最大值为无穷大。当第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2为最小值，第三可变电阻R3为最大值时，衰减器可获得最小衰减，当第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2为最大值，第三可变电阻R3为最小值时，衰减器可获得最大衰减，因此可以实现较大动态范围，并且数字和模拟是兼容的。本发明ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，其工作原理简述如下信号从信号输入端RFIN输入，流入T型衰减电路，一部分信号经过连通衰减支路，然后从信号输出端RFOUT输出，另一部分信号则经过分流衰减支路到地，通过对数字/模拟控制转换电路中电压控制信号的进行连续或者步进的变化，可实现连通衰减支路衰减场效应管阻抗和分流衰减支路衰减场效应管阻抗的连续或者步进的变化，从而可以控制连通衰减支路对信号的衰减大小和分流衰减支路对信号的分流大小，在这种控制下的衰减量也是连续或步进变化的，具体地说(I)电压控制信号V1_1、V1_2、……、Vl_n均为场效应管的-5伏特夹断电压，电压控制信号Vl从零伏特电压向场效应管的-5伏特夹断电压连续变化吋，连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m的阻值从低到高连续变化，即第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2从低到高连续变化；电压控制信号V2_1、V2_2、……、V2_n均为场效应管的-5伏特夹断电压，电压控制信号V2从场效应管的-5伏特夹断电压向零伏电压连续变化时，分流衰减控制场效应管F5_1、F5_2、……、F5_m的阻值从高到低连续变化，即第三可调电阻R3 从高到低连续变化，这种状态下可实现衰减量从低到高的连续变化，故为模拟衰减态；(2)电压控制信号V1_1、V1_2、……、Vl_n、V2_l、V2_2、……、V2_n为场效应管_5伏特夹断电压时设为參考态，电压控制信号V1、V2接场效应管-5伏特夹断电压，电压控制信号V1_1、V1_2、……、Vl_n、V2_1、V2_2、……、V2_n分别或组合加零伏特导通电压时，连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m和分流衰减控制场效应管F5_1、F5_2、……、F5_m的阻抗不同，即第一可调电阻R1、第二可调电阻R2和第三可调电阻R3的阻值不同，这种状态下不同的电压控制信号，则对应不同的衰减位，故为数字衰减态。从而实现数字模拟兼容可调衰减功能，且能实现较大动态范围。
权利要求
1.ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，其特征在于整个单元电路由信号输入端RFIN、串联分压衰减控制电路1、串联分压衰减控制电路2、T型衰减电路和信号输出端RFOUT组成，其中T型衰减电路由连通衰减支路和分流衰减支路组成，串联分压衰减控制电路I控制T型衰减电路中的连通衰减支路，串联分压衰减控制电路2控制T型衰减电路中的分流裳减支路。
2.根据权利要求1所述的ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调衰减器，其特征在于串联分压衰减控制电路I由电压控制信号V1、V1_1、V1_2、……、Vl_n，分压电阻R1_0、Rl_2、......、Rl_2n，控制场效应管 F1_1、F1_2、......、Fl_n，偏置电阻 Rl_l、Rl_3、......、Rl_2n-1，第一接地通孔VIAl构成，其中分压电阻R1_0和Rl_2的公共端A构成T型衰减电路中连通衰减支路的电压控制信号的输入端； 电压控制信号Vl和分压电阻R1_0的一端相连，分压电阻R1_0的另一端和A相连，电压控制信号V1_1、V1_2、……、Vl_n分别与偏置电阻R1_1、R1_3、……、Rl_2n_l的一端相连，偏置电阻R1_1、R1_3、……、Rl_2n-l的另一端分别与控制场效应管F1_1、F1_2、……、Fl_n的栅极相连，控制场效应管Fl_l、Fl_2、……、Fl_n的漏极和源极之间分别并联分压电阻R1_2、R1_4、……、Rl_2n，控制场效应管Fl_l的漏极和A相连，控制场效应管Fl_l的源极和控制场效应管Fl_2的漏极相连，控制场效应管Fl_2的源极和控制场效应管Fl_3的漏极相连，……，控制场效应管Fl_n-1源极和控制场效应管Fl_n的漏极相连，控制场效应管Fl_n的源极接第一接地通孔VIAl ； 通过对电压控制信号V1、V1_1、V1_2、……、Vl_n的连续或者步进变化，连通衰减支路的电压控制信号的输入端A因串联电阻分压可以获得-5伏特电压到零伏特电压的连续或者步进变化值。
3.根据权利要求1所述的ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，其特征在于串联分压衰减控制电路2由电压控制信号V2、V2_1、V2_2、……、V2_n，分压电阻R2_0、R2_2、......、R2_2n，控制场效应管 F2_l、F2_2、......、F2_n，偏置电阻 R2_l、R2_3、......、R2_2n-1，第二接地通孔VIA2构成，其中分压电阻R2_0和R2_2的公共端B构成T型衰减电路中分流衰减支路的电压控制信号的输入端； 电压控制信号V2和分压电阻R2_0的一端相连，分压电阻R2_0的另一端和B相连，电压控制信号V2_1、V2_2、......、V2_n分别与偏置电阻R2_1、R2_3、......、R2_2n_l的一端相连，偏置电阻R2_1、R2_3、……、R2_2n-l的另一端分别与控制场效应管F2_1、F2_2、……、F2_n的栅极相连，控制场效应管F2_l、F2_2、……、F2_n的漏极和源极之间分别并联分压电阻R2_2、R2_4、……、R2_2n，控制场效应管F2_l的漏极和B相连，控制场效应管F2_l的源极和控制场效应管F2_2的漏极相连，控制场效应管F2_2的源极和控制场效应管F2_3的漏极相连，……，控制场效应管F2_n-1源极和控制场效应管F2_n的漏极相连，控制场效应管F2_n的源极接第二接地通孔VIA2 ； 通过对电压控制信号V2、V2_1、V2_2、……、V2_n的连续或者步进变化，分流衰减支路的电压控制信号的输入端B因串联电阻分压可以获得_5伏特电压到零伏特电压的连续或者步进变化。
4.根据权利要求1所述的ー种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，其特征在于T型衰减电路由连通衰减支路和分流衰减支路组成,其中连通衰减支路由第一微带线Ml，偏置电阻 R3_l、R3_2、......、R3_m、R4_l、R4_2、......、R4_m,连通衰减场效应管 F3_l、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m，第二微带线M2构成；分流衰减支路由偏置电阻R5_l、R5_2、……、R5_m,分流衰减控制场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m,第三接地通孔VIA3构成； 偏置电阻R3_1、R3_2、……、R3_m、R4_l、R4_2、……、R4_m的一端均与连通衰减电路电压控制信号输入端A相连，另一端分别与连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m的栅极相连，第一微带线Ml的一端接信号输入端，第一微带线Ml的另ー端接连通衰减场效应管F3_l的源极，连通衰减场效应管F3_l的漏极接连通衰减场效应管F3_2的源极，连通衰减场效应管F3_2的漏极接连通衰减场效应管F3_3的源扱，……，连通衰减场效应管F3_m-1的漏极接分流衰减场效应管F3_m的源极，连通衰减场效应管F3_m的漏极接连通衰减场效应管F4_l的源极，连通衰减场效应管F4_l的漏极接连通衰减场效应管F4_2的源极，……，连通衰减场效应管F4_m-1的漏极接连通衰减场效应管F4_m的源极，连通衰减场效应管F4_m的漏极接第二微带线M2的一端，第二微带线的另一端接信号输出端RFOUT ;偏置电阻R5_1、R5_2、……、R5_m的一端均与分流衰减电路电压控制信号输入端B相连，另一端分别与分流衰减场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m的栅极相连，分流衰减场效应管F5_l的漏极与连通衰减场效应管F3_m的漏极相连，分流衰减场效应管F5_l的源极与分流衰减场效应管F5_2的漏极，……，分流衰减场效应管F5_m-1的源极与分流衰减场效应管F5_m的漏极相连，分流衰减场效应管F5_m的源极接第三接地通孔VIA3 ； 连通衰减场效应管F3_1、F3_2、……、F3_m、F4_l、F4_2、……、F4_m的栅极能同时获得_5伏特夹断电压到零伏特导通电压的连续或者步进变化值，分流衰减场效应管F5_l、F5_2、……、F5_m的栅极能同时获得_5伏特夹断电压到零伏特导通电压的连续或者步进变化值。
全文摘要
本发明公开了一种超宽带大动态数字/模拟兼容可调式衰减器，包括信号输入端RFIN、信号输出端RFOUT、串联分压衰减控制电路1、串联分压衰减控制电路2和T型衰减电路，其中T型衰减电路由连通衰减支路和分流衰减支路组成，它们分别由串联分压衰减控制电路1和串联分压衰减控制2进行控制。本发明采用MMIC(单片微波集成电路)工艺实现，具有拓扑结构简单，数字和模拟兼容，动态范围大，衰减相移小，插入损耗低，衰减精度高，输入和输出端电压驻波比小，工作频带宽，电路尺寸小，便于批量生产等优点，可以被广泛应用于数字微波通信、移动通信、相控阵雷达、电子对抗、制导等系统中的电子控制部件。
文档编号H03H11/24GK103066947SQ20121058962
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者戴永胜, 吴建星, 李旭, 韦晨君, 郭风英, 陈建锋, 范小龙, 吴迎春, 顾家, 李雁, 方思慧, 邓良, 施淑媛, 罗鸣, 朱丹, 陈龙, 冯辰辰 申请人:南京理工大学