低附加相移數(shù)字衰減器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低附加相移數(shù)字衰減器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波通信系統(tǒng)不斷地需要高性能、小型化的電路及設(shè)備來滿足日益復(fù)雜的用戶要求。用于增益控制功能的電路在很多領(lǐng)域皆有應(yīng)用需求。數(shù)字衰減器是重要的微波控制電路，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊等無線系統(tǒng)的電子設(shè)備中。衰減器通常分為模擬或數(shù)字式兩類。但在工程應(yīng)用中，大多數(shù)衰減器采用數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)。數(shù)字衰減器包括一組級(jí)聯(lián)單元，每個(gè)單元又含有一個(gè)固定衰減值的衰減位，通過變換控制端控制電壓，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定好的衰減值。級(jí)聯(lián)中最小衰減值的衰減位作為最小可分辨衰減值。所有級(jí)聯(lián)單元都處于衰減狀態(tài)，則實(shí)現(xiàn)最大衰減量。
[0003]傳統(tǒng)的衰減器各個(gè)衰減位的拓?fù)溆泻芏喾N，較常用有T-型橋開關(guān)衰減器、T-型開關(guān)衰減器和J1-型開關(guān)衰減器，都是通過串聯(lián)或并聯(lián)開關(guān)晶體管和電阻組成，結(jié)構(gòu)如圖la、橋T型開關(guān)結(jié)構(gòu)，圖lb、T型開關(guān)結(jié)構(gòu)，圖lc、型開關(guān)結(jié)構(gòu)所示。T-型橋開關(guān)衰減器結(jié)構(gòu)能夠提供好的輸入/輸出匹配，插入損耗小，兩端口的相對(duì)相移小，但是存在兩個(gè)環(huán)路，會(huì)給版圖設(shè)計(jì)帶來難度。廣泛采用T-型開關(guān)結(jié)構(gòu)和J1-型開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中T-型開關(guān)衰減器插入損耗小，適合低衰減位應(yīng)用，-型開關(guān)衰減器結(jié)構(gòu)對(duì)稱具有抗工藝波動(dòng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是導(dǎo)通態(tài)插入損耗和引入的衰減附加相移較大。以上幾種衰減拓?fù)洌p量是固定的，由其中電阻值的大小決定，電阻網(wǎng)絡(luò)兼有阻抗匹配或變換作用。同時(shí)要充分的考慮附加相移的影響，各個(gè)衰減結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，π -型開關(guān)衰減位的附加相移最大。J1-型開關(guān)衰減結(jié)構(gòu)是構(gòu)成衰減器必不可少的衰減位結(jié)構(gòu)，通常通過調(diào)節(jié)微帶線的長(zhǎng)短實(shí)現(xiàn)低附加相移指標(biāo)，隨著對(duì)衰減器附加相移提出了越來越高的要求，尤其對(duì)于頻率更高或帶寬要求更寬的衰減器網(wǎng)絡(luò)來說，需要相應(yīng)的改進(jìn)方法，來適應(yīng)越來越苛刻的性能需求。
[0004]傳統(tǒng)的型衰減器結(jié)構(gòu)通常用于較大衰減位，主要由串聯(lián)、并聯(lián)開關(guān)管和電阻組成，其中串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rp組成型網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Ml并接在電阻Rs兩端，開關(guān)管M2與電阻Rp串聯(lián)，三個(gè)開關(guān)管的通斷有效控制網(wǎng)絡(luò)的參考態(tài)和衰減態(tài)。開關(guān)管性能的好壞直接影響衰減器的性能，在微波電路中廣泛采用PIN 二極管、GaAs MESFET,PHEMT等。但是贗配高電子迀移率晶體管PHEMT是現(xiàn)階段主流應(yīng)用的異質(zhì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其截止頻率、功率性能以及噪聲性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)于MESFET等，由柵極電壓控制其工作狀態(tài)，而漏極和源極分別為微波信號(hào)的輸入端和輸出端。開關(guān)GaAs PHEMT FET 一般都工作在導(dǎo)通或關(guān)斷態(tài)，這兩種狀態(tài)的電路模型一般可用R、L、C集中元件來表征。PHEMT開關(guān)管簡(jiǎn)化等效電路如圖2a和圖2b所不，其中Ron為導(dǎo)通態(tài)源、漏間等效電阻，Roff、Coff為關(guān)斷態(tài)并聯(lián)等效電阻和等效電容。
[0005]將開關(guān)管等效模型應(yīng)用到型衰減器兩種工作狀態(tài)中，如圖3a、圖3b和圖3c所示。當(dāng)衰減器工作在參考狀態(tài)時(shí)開關(guān)管Ml處于導(dǎo)通狀態(tài)，等效為阻值較小的導(dǎo)通電阻Rl ;并聯(lián)管M2工作在截止?fàn)顟B(tài)，等效為并聯(lián)等效電阻Roff和等效電容C2，其中Roff較大可忽略。同理，JT型衰減器工作在衰減狀態(tài)，開關(guān)管Ml工作在截止?fàn)顟B(tài)，M2工作在導(dǎo)通狀態(tài)，給出相應(yīng)的等效圖。兩種狀態(tài)信號(hào)路徑沿實(shí)箭頭方向，虛線箭頭為信號(hào)的泄露。從信號(hào)路徑可以看出，兩種狀態(tài)有著不同的信號(hào)通路，除了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不同衰減，同時(shí)也會(huì)引起參考態(tài)和衰減態(tài)的相位變化。從圖3b可以看出31型衰減器工作在參考態(tài)可以近似等效一個(gè)低通網(wǎng)絡(luò)，型衰減器工作在衰減態(tài)信號(hào)通過了一個(gè)高通網(wǎng)絡(luò)，然而低通網(wǎng)絡(luò)存在信號(hào)相位滯后，高通網(wǎng)絡(luò)使信號(hào)相位超前，兩者之間存在很大的相位差。要想使二者的相位差相等，兩種狀態(tài)的電容值為O，但這是根本不可能存在的。在通常的微波衰減網(wǎng)絡(luò)中，往往通過微帶線來彌補(bǔ)兩種狀態(tài)間的相位差，但是對(duì)于頻率更高或帶寬要求更高的衰減器網(wǎng)絡(luò)來說，僅僅依靠微帶線很難實(shí)現(xiàn)低附加相移的衰減器，需要相應(yīng)的改進(jìn)方法，來適應(yīng)越來越苛刻的性能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種低附加相移-型開關(guān)衰減位結(jié)構(gòu)，對(duì)于高頻和寬帶應(yīng)用需求的場(chǎng)合，需要在其他性能沒有惡化的基礎(chǔ)上采取有效的改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)低附加相移的功能需求。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:一種低附加相移數(shù)字衰減器，包括由開關(guān)管M1、開關(guān)管M2、電阻Rs、電阻Rp組成的型衰減器以及微帶線、低通網(wǎng)絡(luò)、電阻Re和電容Ce，所述低通網(wǎng)絡(luò)與所述開關(guān)管Ml并聯(lián)，所述低通網(wǎng)路的輸入輸出端分別串聯(lián)有所述電阻Re ;所述電容Ce與所述電阻Rs并聯(lián)；所述微帶線串聯(lián)在所述電阻Rs的兩端連接至輸入輸出端口 ；所述開關(guān)管M2為兩個(gè)，兩個(gè)開關(guān)管M2的漏極分別與所述電容Ce的兩端連接，兩個(gè)開關(guān)管M2的源極分別與所述電阻Rp的一端連接，兩個(gè)所述電阻Rp的另一端分別接地。
[0008]優(yōu)選地，所述低通網(wǎng)絡(luò)為一階型結(jié)構(gòu)或T型結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述低通網(wǎng)絡(luò)為電感或電容。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法容易實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)占用多的芯片面積，可以有效地降低衰減器的附加相移，能夠滿足極低附加相移的需求。傳統(tǒng)的π型衰減器由電阻Rp、Rs開關(guān)管Μ1、開關(guān)管M2和微帶線構(gòu)成。對(duì)于高頻和寬帶應(yīng)用需求的場(chǎng)合，僅僅通過微帶線降低衰減器附加相移往往會(huì)受到限制，本發(fā)明中引入低通網(wǎng)絡(luò)并且通過單獨(dú)的電感或電容來實(shí)現(xiàn)，有效的降低附加相移，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單占用面積小。電容Ce與電阻Rs并聯(lián)，進(jìn)一步改善附加相移，并且同能有效增加寬帶應(yīng)用的平坦度。
【附圖說明】
[0011]圖1a為橋T型開關(guān)結(jié)構(gòu)不意圖；
圖1b為T型開關(guān)結(jié)構(gòu)不意圖；
圖1c為傳統(tǒng)的31型開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a為PHEMT開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)等效電路圖；
圖2b為PHEMT開關(guān)管截止?fàn)顟B(tài)等效電路圖；
圖3a為傳統(tǒng)的型開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖3b為:π型開關(guān)結(jié)構(gòu)參考態(tài)等效電路圖； 圖3c為:π型開關(guān)結(jié)構(gòu):S減態(tài)等效電路圖；
圖4為本發(fā)明的31型開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5a為低通網(wǎng)絡(luò)電感構(gòu)成的31型開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5b為低通網(wǎng)絡(luò)電容構(gòu)成的31型開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0013]如圖4所示，本發(fā)明提供了一種低附加相移的型衰減器。包括傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)、微帶線、低通網(wǎng)絡(luò)、電阻Re和電容Ce?；趥鹘y(tǒng)型衰減器由于參考態(tài)與衰減態(tài)信號(hào)路徑不同，衰減狀態(tài)的等效電路為一個(gè)高通網(wǎng)絡(luò)，衰減態(tài)的相位超前參考態(tài)。為了有效降低衰減態(tài)的相位，將一個(gè)低通網(wǎng)絡(luò)與開關(guān)管Ml并聯(lián)，當(dāng)衰減器工作在衰減狀態(tài)時(shí)等效為高通網(wǎng)絡(luò)與低通網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)，二者相位互相彌補(bǔ)，通過適當(dāng)調(diào)整低通網(wǎng)絡(luò)的元件值，使衰減器的衰減狀態(tài)和參考狀態(tài)的相位相等。獨(dú)立的將低通網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的型衰減器并聯(lián)會(huì)降低衰減量，需要在低通網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出加入適當(dāng)阻值的電阻，避免工作在衰減態(tài)時(shí)輸入信號(hào)由低通網(wǎng)絡(luò)直接輸出。為進(jìn)一步改善衰減附加相移在電阻Rs兩端加入電容Ce，同能有效增加寬帶應(yīng)用的平坦度。發(fā)明示意圖如圖4所示。在實(shí)際電路應(yīng)用中低通網(wǎng)絡(luò)僅需采用傳統(tǒng)的一階
型結(jié)構(gòu)和T型結(jié)構(gòu)，甚至僅需要單獨(dú)的電感或電容。
[0014]結(jié)合本發(fā)明提出了兩種具體實(shí)施方案，如圖5a和5b所示。包括傳統(tǒng)π型結(jié)構(gòu)、微帶線、低通網(wǎng)絡(luò)、電阻Re和電容Ce。其中a的低通網(wǎng)絡(luò)僅為一個(gè)串聯(lián)電感實(shí)現(xiàn)，b中的低通網(wǎng)絡(luò)通過一個(gè)電容到地，這樣大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的π型和T型低通網(wǎng)絡(luò)，減少了芯片面積，適當(dāng)選取電感和電容值可以有效的實(shí)現(xiàn)低附加相移的目的。同時(shí)電阻Re的值要適當(dāng)選取，達(dá)到隔離射頻信號(hào)的目的，避免衰減量的降低。
[0015]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低附加相移數(shù)字衰減器，其特征在于:包括由開關(guān)管M1、開關(guān)管M2、電阻Rs、電阻Rp組成的JT型衰減器以及微帶線、低通網(wǎng)絡(luò)、電阻Re和電容Ce ;所述低通網(wǎng)絡(luò)與所述開關(guān)管Ml并聯(lián)，所述低通網(wǎng)路的輸入輸出端分別串聯(lián)有所述電阻Re ;所述電容Ce與所述電阻Rs并聯(lián)；所述微帶線串聯(lián)在所述電阻Rs的兩端連接至輸入輸出端口 ；所述開關(guān)管M2為兩個(gè)，兩個(gè)開關(guān)管M2的漏極分別與所述電容Ce的兩端連接，兩個(gè)開關(guān)管M2的源極分別與所述電阻Rp的一端連接，兩個(gè)所述電阻Rp的另一端分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低附加相移數(shù)字衰減器，其特征在于:所述低通網(wǎng)絡(luò)為一階π型結(jié)構(gòu)或T型結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低附加相移數(shù)字衰減器，其特征在于:所述低通網(wǎng)絡(luò)為電感或電容。
【專利摘要】本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低附加相移數(shù)字衰減器，包括由開關(guān)管M1、開關(guān)管M2、電阻Rs、電阻Rp組成的π型衰減器以及微帶線、低通網(wǎng)絡(luò)、電阻Rc和電容Cc；所述低通網(wǎng)絡(luò)與所述開關(guān)管M1并聯(lián)，所述低通網(wǎng)路的輸入輸出端分別串聯(lián)有所述電阻Rc；所述電容Cc與所述電阻Rs并聯(lián)；所述微帶線串聯(lián)在所述電阻Rs的兩端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法容易實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)占用多的芯片面積，可以有效地降低衰減器的附加相移，能夠滿足極低附加相移的需求。
【IPC分類】H03H11-24
【公開號(hào)】CN104852706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510051670
【發(fā)明人】李慧超, 黃華
【申請(qǐng)人】黃華
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日