CN102751951A - 一种电阻分压衰减器 - Google Patents

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杨涛
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Abstract

本发明属于低噪声放大器技术领域，具体涉及一种电阻分压衰减器。该电阻分压衰减器电路包括三个电阻及开关组合，其中第一电阻及开关组合与第二电阻及开关组合并联，这两组并联的电阻及开关组合再与第三电阻及开关组合串联；这样，在第三电阻及开关组合在串联结点处分压，得到增益的衰减；其中各电阻和开关的输入输出可互换。本发明电阻分压衰减器可以单独使用，提供1/2、1/4和1/8三个衰减增益；也可以关断衰减器内部负载，后接输入阻抗为RS的有源放大器(RS为源阻抗)，实现增益的衰减。

Description

一种电阻分压衰减器
技术领域
本发明属于低噪声放大器技术领域，具体涉及一种电阻衰减器。
背景技术
可变增益低噪声放大器是集成电路设计中的射频接收机广泛应用的小信号放大器。一般而言，低噪声放大器系统既要有高增益模式接收强度较弱的信号，也要有中间增益模式放大中等强度的输入信号，同时还要在输入信号很强时对信号衰减后输出。其高增益模式下需要有很好的噪声系数，用于改善接收机的噪声性能，保证接收机达到应有的灵敏度；中间增益要有较好的线性度，一般用输入三阶交调点表示；低增益往往提供0dB以下的增益（衰减），要有足够的线性度以接收信号强度较大的信号。
一般情况下，有源放大器的线性度都受到有源器件的限制，而且，随着集成电路特征尺寸的逐渐减小，器件的非理想特性越来越明显，也会对器件的线性度有不利的影响。在有源放大器前面增加无源衰减器，可以提高整体结构的线性度，如果衰减器增益为Gatt，且其输入三阶交调点为IIP3-1；同时计有源放大器的输入三阶交调点为IIP32，那么，衰减器级联上有源放大器后的IIP3可以由下式得到：
                                                                        
Figure 2012102272270100002DEST_PATH_IMAGE002
                          （1）
一般地，IIP31是很大的值，而Gatt用分贝表示时小于0，即提供小于1的增益。那么，整体IIP3用dBm表示时就可以写作：
                           
Figure 2012102272270100002DEST_PATH_IMAGE004
                           （2）
其中，IIP3和IIP32单位是dBm，而Gatt单位为dB。由式（2）可以看到增加衰减器后IIP3增加的效果。
图1是其中一种实现方式的结构图。其中，4个开关121、122、123和124控制整个放大器的工作模式。仅开关121闭合时，低噪声放大器110工作，系统为高增益模式，有着较高的增益，很好的噪声系数，和满足要求的输入三阶交调点；仅开关122和开关124闭合时，系统处于中间增益模式，信号先由衰减器140衰减，再经过低噪声放大器130放大，最终得到输出信号152，这时增益中等，噪声系数中等，输入三阶交调点中等；仅开关123闭合时，系统处于低增益模式，也称衰减模式，输入信号151经衰减器衰减后直接输出为152，这时要求系统提供小于1的增益和很好的输入三阶交调点。
另外，在射频接收机系统中，最前端的可变增益低噪声放大器要和天线或前置滤波器和阻抗匹配，其输入阻抗要设计为RS（一般为50或75欧姆）。当衰减器处于最前端时，也要满足阻抗匹配，所以，衰减器要同时解决的另一个问题就是其输入阻抗要与RS匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与射频接收机系统的输入阻抗RS匹配，同时提供所需增益值的电阻衰减器。
本发明提供的电阻衰减器，采用分压形式，称为电阻分压衰减器200，其包括：
三个电阻及开关组合，其中第一电阻及开关组合220与第二电阻及开关组合230并联，这两组并联的电阻及开关组合再与第三电阻及开关组合210串联。这样，在第三电阻及开关组合210在串联结点处分压，得到增益的衰减。其中各电阻和开关都是输入输出可互换的。
所述第三电阻及开关组合210的组成为：电阻211、电阻212、电阻213和开关214依次串联，开关215两端分别接电阻213的左端和开关214的右端，开关216两端分别接电阻212的左端和开关214的右端，电阻211左端接输入信号151，开关214的右端作为电阻及开关组合的输出端。 
所述第一电阻及开关220组合的组成为：电阻221与开关224串联，电阻222与开关225串联，电阻223与开关226串联，然后这三者的上端都与第三电阻及开关组合210的输出端相连，下端都接地线240。
所述第二电阻及开关组合230的组成为：负载电阻231与开关232串联后，上端与第三电阻及开关组合210的输出端相连，下端接地线240。
第一电阻及开关组合210的输入端作为电阻分压衰减器的输出端，输出信号141。
所述电阻分压衰减器200有四个操作模式，一个断开模式和三个分别提供1/2、1/4和1/8增益的模式，用分贝表示分别为-6、-12和-18dB。
所述电阻分压衰减器的断开模式下，开关214、开关215和开关216都断开，开关224、开关225、开关226和开关232可断开，也可闭合，可以根据实际要求灵活组合。这样，电阻分压衰减器200输入阻抗可以认为是无限大，输出阻抗取决于开关224、开关225、开关226和开关232的状态。 
所述电阻分压衰减器的1/2增益模式下，开关216、开关224和开关232闭合，开关214、开关215、开关225和开关226断开。这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(3/8)*R。
所述电阻分压衰减器的1/4增益模式下，开关215、开关224、开关225和开关232闭合，开关214、开关216和开关226断开。这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(7/32)*R。
所述电阻分压衰减器的1/8增益模式下，开关214、开关224、开关225、开关226和开关232闭合，开关215和开关216断开。这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(15/128)*R。
本发明提供的电阻分压衰减器200，可以提供三个增益模式：1/2、1/4和1/8，并且同时完成输入阻抗匹配。即在三个增益模式下的输入阻抗都为RS，RS为源阻抗。
本发明电阻分压衰减器可以单独使用，也可以关断内部负载电阻后，接输入阻抗为RS的有源放大器。
附图说明
图1为一种可变增益低噪声放大器系统结构示意图。
图2为应用电阻衰减器的可变增益低噪声放大器系统结构示意图。
图3为本发明提供的电阻分压衰减器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图2为应用电阻衰减器的可变增益低噪声放大器系统结构示意图，包括低噪声放大器110、低噪声放大器130、开关121、开关122、开关123、开关124和电阻衰减器200。高增益模式时，低噪声放大器110工作，开关121闭合，其他开关断开，电阻衰减器200处于不工作模式，低噪声放大器130也不工作，输入信号151经低噪声放大器110放大后得到输出信号152；中间增益模式时，电阻衰减器200和低噪声放大器130工作，开关122和开关124闭合，其他开关断开，低噪声放大器110处于不工作状态；低增益模式时，电阻衰减器200工作，开关123闭合，其他开关断开，低噪声放大器110和低噪声放大器130不工作。
图3为本发明提供的电阻分压衰减器，包括三个电阻及开关组合，第一电阻及开关组合220与第二电阻及开关组合230并联，然后再与第三电阻及开关组合210串联。这样，在第三电阻及开关组合210在与前两者串联结点处分压，得到增益的衰减。其中各电阻和开关都是输入输出可互换的。所述第三电阻及开关组合210的组成包括电阻211、电阻212、电阻213和开关214依次串联，开关215两端分别接电阻213的左端和开关214的右端，开关216两端分别接电阻212的左端和开关214的右端，电阻211左端接输入信号151，开关214的右端作为电阻及开关组合的输出端。所述第一电阻及开关220组合的组成包括电阻221与开关224串联，电阻222与开关225串联，电阻223与开关226串联，然后这三者的上端都与第三电阻及开关组合210的输出端相连，下端都接地线240。所述第二电阻及开关组合230的组成包括负载电阻231与开关232串联后，上端与第三电阻及开关组合210的输出端相连，下端接地线240。第三电阻及开关组合210的输入端作为电阻分压衰减器的输出端，输出信号141。
下面说明这一电阻分压衰减器200的工作原理。不需要衰减工作时，电阻分压衰减器200处于断开模式，开关214、开关215和开关216都断开，开关224、开关225、开关226和开关232可一个或多个断开，也可一个或多个闭合，这样，电阻分压衰减器200输入阻抗可以认为是无限大，输出阻抗取决于开关224、开关225、开关226和开关232的状态，其实由于实际应用时，后面会有通路选择开关，如图1和图2中的开关123和开关124，这些开关决定电阻衰减器是否与外界有联系。在电阻分压衰减器的1/2增益模式下，开关216、开关224和开关232闭合，开关214、开关215、开关225和开关226断开，这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(3/8)*R，增益用分贝表示为-6dB；在电阻分压衰减器的1/4增益模式下，开关215、开关224、开关225和开关232闭合，开关214、开关216和开关226断开，这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(7/32)*R，增益用分贝表示为-12dB；在电阻分压衰减器的1/8增益模式下，开关214、开关224、开关225、开关226和开关232闭合，开关215和开关216断开，这样，电阻分压衰减器200输入阻抗为R，输出阻抗为(15/128)*R，增益用分贝表示为-18dB。
综上所述，本发明根据电阻分压原理实现了一款提供三个衰减增益，同时满足输入阻抗匹配的电阻分压衰减器。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电阻分压衰减器，其特征在于，包括：
三个电阻及开关组合，其中第一电阻及开关组合与第二电阻及开关组合并联，这两组并联的电阻及开关组合再与第三电阻及开关组合串联；这样，在第三电阻及开关组合在串联结点处分压，得到增益的衰减；其中各电阻和开关的输入输出可互换。
2.根据权利要求1所述的电阻分压衰减器，其特征在于：
所述第三电阻及开关组合的组成为：电阻211、电阻212、电阻213和开关214依次串联，开关215两端分别接电阻213的左端和开关214的右端，开关216两端分别接电阻212的左端和开关214的右端，电阻211左端接输入信号151，开关214的右端作为电阻及开关组合的输出端；
所述第一电阻及开关组合的组成为：电阻221与开关224串联，电阻222与开关225串联，电阻223与开关226串联，然后这三者的上端都与第三电阻及开关组合的输出端相连，下端都接地线240；
所述第二电阻及开关组合的组成为：负载电阻231与开关232串联后，上端与第三电阻及开关组合的输出端相连，下端接地线240；
第一电阻及开关组合的输入端作为电阻分压衰减器的输出端，输出信号141。
3.根据权利要求2所述的电阻分压衰减器，其特征在于：
所述电阻分压衰减器有四个操作模式：一个断开模式，和三个分别提供1/2、1/4和1/8增益的模式，用分贝表示分别为-6、-12和-18dB；
所述断开模式下，开关214、开关215和开关216都断开，开关224、开关225、开关226和开关232断开或闭合，根据实际要求灵活组合；这样，电阻分压衰减器输入阻抗认为是无限大，输出阻抗取决于开关224、开关225、开关226和开关232的状态；
所述的1/2增益模式下，开关216、开关224和开关232闭合，开关214、开关215、开关225和开关226断开；这样，电阻分压衰减器输入阻抗为R，输出阻抗为(3/8)*R；
所述的1/4增益模式下，开关215、开关224、开关225和开关232闭合，开关214、开关216和开关226断开；这样，电阻分压衰减器输入阻抗为R，输出阻抗为(7/32)*R；
所述的1/8增益模式下，开关214、开关224、开关225、开关226和开关232闭合，开关215和开关216断开；这样，电阻分压衰减器输入阻抗为R，输出阻抗为(15/128)*R。
4.根据权利要求3所述的电阻分压衰减器，其特征在于：在三个增益模式下的输入阻抗都为源阻抗RS。
5.根据权利要求3所述的电阻分压衰减器，其特征在于：电阻分压衰减器单独使用，或者关断内部负载电阻后，接输入阻抗为RS的有源放大器。
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