CN102355219B - 程控可变四位微波单片集成衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种程控可变四位微波单片集成衰减器，由输入端口驻波调节模块、微波衰减模块、输出端口驻波调节模块和控制模块（21）组成，端口均归一化至50欧姆，可以级联使用实现更大的衰减量。所述程控可变四位微波单片集成衰减器具有如下优点：所有衰减网络并联，对微波信号的损耗非常的小；所有的控制开关、所有微波单刀单掷开关均采用非常小的砷化镓场效应晶体管实现，开关性能非常好，衰减器的工作带宽非常宽；衰减电路与微波幅度平衡电路并联，整个工作频带内衰减量非常均衡平坦；衰减控制编码没有规律，某一位发生偏移，不会对结果造成多大的影响；新结构的引入降低了工艺的敏感度，使芯片成品率从60%提高到80%。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波单片集成电路，尤其是一种程控可变四位微波单片集成衰减器。
背景技术
数字衰减器是微波通讯系统中常用元器件。数字衰减器通常由不同衰减量的单位衰减网络级联而成，通过不同单位的组合实现多种衰减量，从而实现对信号的控制处理。传统的衰减器采用PIN 或是GaAs MESFET 作为核心开关控制器件，其思路都是通过控制衰减网络来实现单位衰减，然后级联形成需要的多位衰减器，通过开关通道的开与关实现信号的衰减和不衰减。并且传统的衰减器对应的控制码为标准的二进制编码，这种衰减器的不足之处为：（1）不衰减时，由于多位自然插入损耗由多位叠加，造成信号的损失；（2）不同单位之间存在失配，难以实现线性叠加，导致衰减精度不高；（3）采用大尺寸管芯开关，对工艺的加工精度要求较高，导致实际成品率不高；（4）一旦某位发生偏移，则整个与该位相关的状态均发生偏移，存在遗传性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种精度高、成品率高的程控可变四位微波单片集成衰减器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
技术方案一：程控可变四位微波单片集成衰减器
一种程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：由输入端口驻波调节模块、微波衰减模块、输出端口驻波调节模块和控制模块组成；
所述输入端口驻波调节模块由第一至第三级输入端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输入端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输入端口驻波调节电路由第一驻波调节电路单元和第一控制开关串联而成；
所述微波衰减模块由第一至第四级微波衰减电路和微波幅度平衡电路并联组成；所述第一至第四级微波衰减电路结构相同，其中第一级微波衰减电路由第一固定衰减单元和第一微波单刀单掷开关串联组成；
所述输出端口驻波调节模块由第一至第三级输出端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输出端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输出端口驻波调节电路由第四驻波调节电路单元和第四控制开关串联而成；
所述第一至第六控制开关、第一至第四微波单刀单掷开关分别与所述控制模块的相应控制输出端相连。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块为对称结构；
所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T7、电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T6、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T5、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T5、T6和T7的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别经电阻R5、R6和R7接地，栅极分别经电阻R51、R61和R71接控制模块的V1、V2和V3端口。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四固定衰减单元（7、9、11、13）的固定衰减量比值为1: 2: 4: 8。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：输入端口输入阻抗和输出端口的输出阻抗归一化为50欧姆。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四控制开关微波单刀单掷开关（8、10、12、14）、第一至第六控制开关控制开关（2、4、6、16、18、20）采用砷化镓场效应晶体管实现。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述电路集成在单片晶圆上。
所述程控可变四位微波单片集成衰减器的控制方法：A1为最小衰减量，控制开关2，4，6，微波单刀单掷开关8，10，12，14，控制开关16，18，20对应的控制端分别为V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V3，V2，V1，所述控制模块的控制编码与衰减量的关系如下表所示：
| 衰减量 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 | V7 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| A1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2*A1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3*A1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 4*A1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 5*A1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 6*A1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7*A1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 8*A1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 9*A1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 10*A1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 11*A1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 12*A1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 13*A1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 14*A1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 15*A1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
所述技术方案一还可做进一步修改，所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块采用非对称结构，形成技术方案二：
所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T71、T72电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T61、T62、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T51、T52、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T52、T62和T72的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别接场效应管T51、T61和T71的漏极，栅极分别与场效应管T51、T61和T71的栅极连接后，再分别经电阻R51、R61和R71接控制模块的V10、V9和V8端口；所述场效应管T51、T61和T71的源极分别经电阻R5、R6和R7接地。
所述程控可变四位微波单片集成衰减器的控制方法为：A1为最小衰减量，控制开关2，4，6，微波单刀单掷开关8，10，12，14，控制开关16，18，20对应的控制端分别为V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10，所述控制模块的控制编码与衰减量的关系如下表所示：
| 衰减量 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 | V7 | V8 | V9 | V10 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| A1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2*A1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3*A1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4*A1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 5*A1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6*A1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 7*A1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8*A1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 9*A1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 10*A1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 11*A1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 12*A1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 13*A1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 14*A1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 15*A1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
技术方案二的其余技术特征和技术方案一相同。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、当不对微波信号衰减时，所有控制开关均关闭、所有微波单刀单掷开关均开启。由于所有衰减网络并联，所以对微波信号的损耗非常的小；
2、所有的控制开关、所有微波单刀单掷开关均采用非常小的砷化镓场效应晶体管实现，开关性能非常好；
3、芯片面积的缩小可以大大提高晶圆利用率；
4、由于采用小的砷化镓场效应晶体管，所以衰减器的工作带宽可以非常宽；所有衰减电路与微波幅度平衡电路并联可以实现整个工作频带内有非常均衡平坦的衰减量；
5、实现自动控制衰减控制的编码没有规律，不是单纯的二进制码，某一位对状态的贡献很小，一旦某一位发生偏移，不会对结果造成多大的影响；
6、端口均归一化至50欧姆，可以级联使用，以实现更大的衰减量；
7、新结构的引入降低了工艺的敏感度，使芯片成品率从 60%提高到 80%。
附图说明
图1是本发明的原理框图
图2 是实施例1的电路图；
图3 是实施例2的电路图。
具体实施方式
实施例1：一种对称结构的程控可变四位微波单片集成衰减器
如图1所示，一种程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：由输入端口驻波调节模块、微波衰减模块、输出端口驻波调节模块和控制模块21组成；
所述输入端口驻波调节模块由第一至第三级输入端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输入端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输入端口驻波调节电路由第一驻波调节电路单元1和第一控制开关2串联而成；
所述微波衰减模块由第一至第四级微波衰减电路和微波幅度平衡电路22并联组成；所述第一至第四级微波衰减电路结构相同，其中第一级微波衰减电路由第一固定衰减单元7和第一微波单刀单掷开关8串联组成；
所述输出端口驻波调节模块由第一至第三级输出端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输出端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输出端口驻波调节电路由第四驻波调节电路单元15和第四控制开关16串联而成；
所述第一至第六控制开关2、4、6、16、18、20、第一至第四微波单刀单掷开关8、10、12、14分别与所述控制模块21的相应控制输出端相连。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块为对称结构；
所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块KZQ的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块KZQ的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T7、电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T6、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T5、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T5、T6和T7的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别经电阻R5、R6和R7接地，栅极分别经电阻R51、R61和R71接控制模块KZQ的V1、V2和V3端口。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四固定衰减单元7、9、11、13的固定衰减量比值为1: 2: 4: 8。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：输入端口输入阻抗和输出端口的输出阻抗归一化为50欧姆。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四控制开关微波单刀单掷开关8、10、12、14、第一至第六控制开关控制开关2、4、6、16、18、20采用砷化镓场效应晶体管实现。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述电路集成在单片晶圆上。
在本实施例中，场效应管T1～T4，T5～T10,所述电阻R1～R10，所述电阻R11～R101均由GaAs加工工艺实现。
控制开关2，4，6，微波单刀单掷开关8，10，12，14，控制开关16，18，20对应的控制端KZQ分别为V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V3，V2，V1，所述控制模块KZQ的控制编码与衰减量的关系如附表1所示。
实施例2：一种非对称结构的程控可变四位微波单片集成衰减器
一种程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：由输入端口驻波调节模块、微波衰减模块、输出端口驻波调节模块和控制模块21组成；
所述输入端口驻波调节模块由第一至第三级输入端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输入端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输入端口驻波调节电路由第一驻波调节电路单元1和第一控制开关2串联而成；
所述微波衰减模块由第一至第四级微波衰减电路和微波幅度平衡电路22并联组成；所述第一至第四级微波衰减电路结构相同，其中第一级微波衰减电路由第一固定衰减单元7和第一微波单刀单掷开关8串联组成；
所述输出端口驻波调节模块由第一至第三级输出端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输出端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输出端口驻波调节电路由第四驻波调节电路单元15和第四控制开关16串联而成；
所述第一至第六控制开关2、4、6、16、18、20、第一至第四微波单刀单掷开关8、10、12、14分别与所述控制模块21的相应控制输出端相连。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块为非对称结构；
所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块KZQ的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块KZQ的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T71、T72电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T61、T62、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T51、T52、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T52、T62和T72的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别接场效应管T51、T61和T71的漏极，栅极分别与场效应管T51、T61和T71的栅极连接后，再分别经电阻R51、R61和R71接控制模块KZQ的V10、V9和V8端口；所述场效应管T51、T61和T71的源极分别经电阻R5、R6和R7接地。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四固定衰减单元（7、9、11、13）的固定衰减量比值为1: 2: 4: 8。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：输入端口输入阻抗和输出端口的输出阻抗归一化为50欧姆。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四控制开关微波单刀单掷开关8、10、12、14、第一至第六控制开关控制开关2、4、6、16、18、20采用砷化镓场效应晶体管实现。
所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述电路集成在单片晶圆上。
在本实施例中，所述的场效应管T1～T4，T51～T71, T52～T72，所述电阻R1～R10，所述电阻R11～R101均由GaAs加工工艺实现。
所述控制模块KZQ的控制编码与衰减量的关系如附表2所示。
微波信号依次经过输入端口驻波调节模块的三级驻波调节电路，进行输入端口驻波调节；然分成五路微波信号分别进微波衰减模块的四级微波衰减电路, 实现信号的衰减；最后汇总进入输出端口驻波调节模块，依次经过输出端口驻波调节模块中的三级驻波调节电路，进行输出端口驻波调节后输出。
假定入射功率是p1(单位：瓦),分成五路，分别进入四级微波衰减电路7,9,11,13和微波幅度平衡电路22。假定所占比例是a1,a2,a3,a4,a5,那么a1*p1,a2*p1,a3*p1,a4*p1，a5*p1分别为即将通过四级微波衰减电路和微波幅度平衡电路的信号功率。实际电路中，由于衰减电路固有的衰减属性，导致其不可能全部通过，假定其通过率分别为b1,b2,b3,b4,b5,那么如果五路均未形成信号反射，那么通过的信号功率理想状态下为：
a1*b1*p1,a2*b2*p1,a3*b3*p1,a4*b4*p1,a5*b5*p1。
最终输出后汇总得到的功率为：
a1*b1*p1+a2*b2*p1+a3*b3*p1+a4*b4*p1+a5*b5*p1。
信号由于各路固有衰减特性造成的信号损耗为：
p1- (a1*b1*p1+a2*b2*p1+a3*b3*p1+a4*b4*p1+a5*b5*p1)
=p1*(1-a1*b1-a2*b2-a3*b3-a4*b4-a5*b5)。
这也就是微波衰减模块所造成的衰减器的固有插入损耗。那么这部分损耗通常远低于传统的衰减器的插入损耗。
当微波单刀单掷开关断开时，微波信号通过衰减电路后被微波单刀单掷开关反射，反射波被输入端口调节模块电路吸收而不进入行输出端口驻波调节模块；当微波单刀单掷开关闭合时，微波信号通过衰减电路单元，虽然信号被衰减，但衰减量不大。当所有微波单刀单掷开关短路时，实现对信号的最小衰减；当所有微波单刀单掷开关断开时实现对信号的最大衰减。当所有支路的信号全部反射时，即最大衰减时，通过率b1=b2=b3=b4=0，所以信号损耗为全部功率p1- a5*b5*p1。
控制模块KZQ通过控制控制开关的开断来实现端口驻波调节电路对不同衰减状态下的反射波的吸收。通过编码的组合控制微波衰减网络和端口驻波调节电路，可以实现相应的衰减量要求以及良好的端口电压驻波比。
如果要求的四位衰减器的衰减量分别是：A1，A2，A3，A4，那么有：A4=2*A3=4*A2=8*A1，并且：
10*log(a2+a3+a4+a5)=-abs(A1),
10*log(a3+a4+a5)=A2=-abs(2*A1),
10*log(a2+a4+a5)=A3=-abs(4*A1),
10*log(a1+a5)=A4=-abs(8*A1),
10*log(a5)=A1+A2+A3+A4=-abs(15*A1),
当A1=1时，可以推得a1=0.13,a2=0.16,a3=0.39,a4=0.21,a5=0.03,也就是说四路衰减支路在开通时的电阻之比分别为13:16:39:21。在实际情况中，控制开关和微波单刀单掷开关均为非理想开关，在开通状态下，存在寄生阻抗Zon,关断状态下存在寄生阻抗Zoff。假定所述场效应管T1～T4的开通或关断阻抗分别为Zon1, Zoff1, Zon2, Zoff2, Zon3, Zoff3, Zon4, Zoff4,统一用Z1～Z4表示，微波幅度平衡模块的阻抗为Zp=R0, 输入端口驻波调节模块、输出端口驻波调节模块的阻抗分别为Z5～Z7（根据是否开通定义阻抗分别为Zon5, Zoff5, Zon6, Zoff6, Zon7, Zoff7，根据是否对称而是否将阻抗扩充为Z8～Z10）。有（Zon1+R1）：（Zon2+R2）：（Zon3+R3）：（Zon4+R4）=13:16:39:21，那么再联立如下的计算公式来确定各元件值：
插损态时，即衰减量为0时：A1=20*log(Zx1* Zy1+50* Zx1+50* Zy1)/(50* Zy1),其中Zy1= Zoff5∥Zoff6∥Zoff7,Zx1= Zon1∥Zon2∥Zon3∥Zon4∥Zp；
任意衰减态时：A2=20*log(Zx2* Zy2+50* Zx2+50* Zy2)/(50* Zy2), 其中Zy2= Z5∥Z6∥Z7,Zx1= Z1∥Z2∥Z3∥Z4∥Zp，而只需按照编码要求将Z1～Z7`代为相应的Zon或Zoff即可。衰减量的计算公式是：At=A2-A1。同时由于电压驻波比要求，还必须满足以下公式：
50= Zy1*(Zx1*Zy1+50*Zx1+50*Zy1)/((50+Zy1)*(Zy1+Zx1)+50*Zy1)
50= Zx2*(Zy2*Zx2+50*Zy2+50*Zx2)/((50+Zx2)*(Zx2+Zy2)+50*Zx2)
根据四位衰减器共16个状态的衰减量，以及共16个状态的驻波状态，可以得到32个方程，加之前面的四个衰减模块之间的对应比例关系，完全可以确定三个控制开关（6个变量：Zon5, Zoff5, Zon6, Zoff6, Zon7, Zoff7），四个衰减单元（4个变量：R1，R2，R3，R4），四个微波单刀单掷开关（8个变量：Zon1, Zoff1, Zon2, Zoff2, Zon3, Zoff3，Zon4, Zoff4），一个微波幅度平衡电路（1个变量：R0），三个驻波调节电路单元（3个变量：R5，R6，R7），共（22-3=19）个变量。
控制开关2，4，6，微波单刀单掷开关8，10，12，14，控制开关16，18，20对应的控制端分别为V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V3，V2，V1，其中V4~V7控制主要逻辑，作为主码，V1~V3作为辅码。通过选择编码来选择微波单刀单掷开关的组合，形成不同的反射，从而形成信号不同的衰减。
输入端口与输出端口驻波调节模块的电路结构对称时，输入端口与输出端口可以互易使用。当输入端口和输出端口互易使用时，微波信号经过第二端口的端口驻波调节模块后，首经过微波单刀单掷开关，再进入微波衰减网络。
附表1：实施例1的控制编码
| 衰减量 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 | V7 |
| 0 dB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 dB | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 dB | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3 dB | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 4 dB | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 5 dB | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 6 dB | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 dB | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 8 dB | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 9 dB | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 10 dB | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 11 dB | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 12 dB | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 13 dB | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 14 dB | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 15 dB | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
附表2：实施例2的控制编码
| 衰减量 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 | V7 | V8 | V9 | V10 |
| 0 dB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 dB | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 dB | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3 dB | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 dB | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 5 dB | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 dB | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 7 dB | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 dB | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 9 dB | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 10 dB | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 11 dB | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 12 dB | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 13 dB | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 14 dB | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 15 dB | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Claims (5)
1.一种程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：由输入端口驻波调节模块、微波衰减模块、输出端口驻波调节模块和控制模块（21）组成；
所述输入端口驻波调节模块由第一至第三级输入端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输入端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输入端口驻波调节电路由第一驻波调节电路单元（1）和第一控制开关（2）串联而成；
所述微波衰减模块由第一至第四级微波衰减电路和微波幅度平衡电路（22）并联组成；所述第一至第四级微波衰减电路结构相同，其中第一级微波衰减电路由第一固定衰减单元（7）和第一微波单刀单掷开关（8）串联组成；
所述输出端口驻波调节模块由第一至第三级输出端口驻波调节电路级联组成；所述第一至第三级输入端口驻波调节电路结构相同，其中第一级输出端口驻波调节电路由第四驻波调节电路单元（15）和第四控制开关（16）串联而成；
所述第一至第六控制开关（2、4、6、16、18、20）、第一至第四微波单刀单掷开关（8、10、12、14）分别与所述控制模块（21）的相应控制输出端相连；所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块为对称结构；
所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T7、电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T6、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T5、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T5、T6和T7的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别经电阻R5、R6和R7接地，栅极分别经电阻R51、R61和R71接控制模块的V1、V2和V3端口；所述输入端口驻波调节模块与输出端口驻波调节模块为非对称结构；所述第一级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T8、电阻R8和电阻R81组成；所述第二级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T9、电阻R9和电阻R91组成；所述第三级输入端口驻波调节电路单元由场效应管T10、电阻R10和电阻R101组成；所述场效应管T8、T9和T10漏极并联后与信号输入端口PORT1连接，其源极分别经电阻R8、R9和R10接地，栅极分别经电阻R81、R91和R101接控制模块的V1、V2和V3端口；
所述微波幅度平衡电路22由电阻R0及所连接导线组成，一端连接输入端口PORT1，另一端连接输出端口PORT2；所述第一级微波衰减电路由场效应管T4、电阻R4和电阻R41组成；所述第二级微波衰减电路由场效应管T3、电阻R3和电阻R31组成；所述第三级微波衰减电路由场效应管T2、电阻R2和电阻R21组成；所述第四级微波衰减电路由场效应管T1、电阻R1和电阻R11组成；所述场效应管T1、T2、T3、T4的漏极并联后连接输入端口PORT1，其源极分别经电阻R1、R2、R3和R4接输出端口PORT2，栅极分别经电阻R11、R21、R31和R41接控制模块的V4、V5、V6和V7端口；
所述第一级输出端口驻波调节电路由场效应管T71、T72电阻R7和电阻R71组成；所述第二级输出端口驻波调节电路由场效应管T61、T62、电阻R6和电阻R61组成；所述第三级输出端口驻波调节电路由场效应管T51、T52、电阻R5和电阻R51组成；所述场效应管T52、T62和T72的漏极并联后连接输出端口PORT2，其源极分别接场效应管T51、T61和T71的漏极，栅极分别与场效应管T51、T61和T71的栅极连接后，再分别经电阻R51、R61和R71接控制模块的V10、V9和V8端口；所述场效应管T51、T61和T71的源极分别经电阻R5、R6和R7接地。
2.根据权利要求1所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四固定衰减单元（7、9、11、13）的固定衰减量比值为1: 2: 4: 8。
3.根据权利要求1所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：输入端口输入阻抗和输出端口的输出阻抗归一化为50欧姆。
4.根据权利要求1所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述第一至第四控制开关微波单刀单掷开关（8、10、12、14）、第一至第六控制开关控制开关（2、4、6、16、18、20）采用砷化镓场效应晶体管实现。
5.根据权利要求1所述的程控可变四位微波单片集成衰减器，其特征在于：所述电路集成在单片晶圆上。
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| CN201110169475XA CN102355219B (zh) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | 程控可变四位微波单片集成衰减器 |
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Citations (2)
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| EP0758817A1 (de) * | 1995-08-12 | 1997-02-19 | Deutsche ITT Industries GmbH | Equalizer für digitalisierte Signale |
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2011
- 2011-06-22 CN CN201110169475XA patent/CN102355219B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0758817A1 (de) * | 1995-08-12 | 1997-02-19 | Deutsche ITT Industries GmbH | Equalizer für digitalisierte Signale |
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Non-Patent Citations (4)
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| 《一种新颖的4bit和5bit超宽带GaAs单片数字衰减器》;王会智等;《半导体学报》;20050331;第26卷(第3期);585-589 * |
| 《高性能超宽带单片数字衰减器设计与实现》;王会智等;《半导体学报》;20060630;第27卷(第6期);1125-1128 * |
| 王会智等.《一种新颖的4bit和5bit超宽带GaAs单片数字衰减器》.《半导体学报》.2005,第26卷(第3期),585-589. |
| 王会智等.《高性能超宽带单片数字衰减器设计与实现》.《半导体学报》.2006,第27卷(第6期),1125-1128. |
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