CN103441747A - 低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器 - Google Patents

Abstract

一种低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，基于硅基RF CMOS工艺，由传输线TL0、π型结构的8dB衰减模块、电感L1、T型-桥T型组合结构的0～7dB组合衰减模块、电感L2、π型结构的16dB衰减模块、传输线TL1顺序级联的单一信号通路构成，采用MOS管作为控制开关，由五个独立控制端控制三个衰减模块工作，利用电感网络进行相位补偿，工作频率范围为Ku波段，以1dB长度步进在的0～31dB的衰减范围内，可实现共32种状态低差损低相移的信号幅度衰减。本发明具有差损低、附加相移小、生产成本低、芯片面积小和兼容数字处理模块的优点，可用于单芯片超宽带通信系统集成。

Description

低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达、通信、制导电子部件技术领域中的一种低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器。本发明可用于超宽带通信系统、射频无线电系统、军用通信系统、相控阵系统、空间通信收发机系统中对信号幅度实现的低差损低相移的衰减功能。

背景技术

目前，雷达、通信、制导电子部件技术领域中，超宽带数控衰减器广泛用于超宽带通信系统、射频无线电系统、军用通信系统、相控阵系统、空间通信收发机系统，较小的插入相位变化量、精确的衰减精度的数控衰减器使系统省去为校准系统需要的额外电路，并且可以编程控制，易与计算机技术兼容。

当今成熟的单芯片数控衰减器用GaAs单片微波集成电路技术实现，具有较好的性能。但是，由于当前的GaAs工艺的芯片成品率较低，加工价格比较昂贵，因而衰减芯片的成本较高。而且，GaAs工艺与当今大量用于超大规模集成电路生产制造的硅工艺不具有兼容性，从而使得利用GaAs工艺实现的射频微波电路模块很难用于片上系统集成。随着硅集成电路工艺技术的发展，利用CMOS和BiCMOS的工艺也能实现数控衰减器，并且可以用于超宽带通信系统的单芯片集成，但其性能有待进一步提高。此外，数控衰减器通常采用多个独立衰减模块级联构成，由于各模块之间需要阻抗匹配结构，使得整体数控衰减器所占用的芯片面积较大。

南京理工大学在其专利申请文件“微波毫米波低相位差宽频带数字衰减器集成电路”（授权公告号CN2884689Y，申请号200520077717.2，申请日期2005.11.17）中公开了一种微波毫米波低相位差宽频带数字衰减器集成电路。该电路通过单刀双掷开关，在参考微带线和电阻衰减网路中切换，实现不同衰减量的转换控制。该专利申请文件所公开的数控衰减器电路存在的不足是：衰减器的参考态和衰减态分别为两个信号通路，占用的芯片面积较大，降低了应用该电路集成的系统芯片的集成度；单刀双掷开关不仅会增加电路结构的复杂度，占用较大的芯片面积，而且其较大的寄生电容在频率较高时，会在信号通路中会引入较大的插入损耗和附加相移。

无锡南理工科技发展有限公司在其专利申请文件“微波毫米波超宽带低相移六位数字衰减器”（申请公布号CN102403973A，申请号201110331732.5，申请日期2011.10.27）中公开了一种微波毫米波超宽带低相移六位数字衰减器。该衰减器中采用赝配结构高电子迁移率晶体管作为开关控制，实现在32～38GHz的频带范围内步进式衰减。该专利申请文件所公开的数控衰减器，虽然具有较低插入损耗和附加相移，但是仍然存在的不足是：该数控衰减器中采用GaAs工艺的高电子迁移率晶体管作为不同衰减模块状态切换的控制开关，生产成本较高，成品率较低；GaAs工艺与当今用于超大规模集成电路制造的硅工艺无法实现生产制造兼容，不利于实现单芯片集成超宽带射频微波系统。

西安华腾微波有限责任公司在其专利申请文件“一种数控衰减器电路”（授权公告号CN201928244U，申请号201020576289.9，申请日期2010.10.22）中公开了一种数控衰减器电路。该电路可以实现大步进衰减量数控衰减器到小步进衰减量数控衰减器的改进。该专利申请文件所公开的数控衰减器电路所存在的不足是：采用两条带有数控衰减器结构的信号通道进行信号处理，增加了电路结构的复杂度，所占用的芯片面积成倍增加，大大降低了该电路的芯片集成度。该电路利用电桥对信号进行单端-双端之间的转换，由于当今集成电路单端-双端转换电路的性能上不是很好，因而电桥性能的不足会制约整体数控衰减器的性能。此外，该专利申请文件所公开的数控衰减器电路中没有提出数控衰减器的具体电路结构。

甄建宇，王清源，赵瑞华，刘金，王凯发表的“一种正电控制大衰减量的6bit单片数控衰减器”（半导体集成电路，2013.03：184-188）论文中公开一种六位数控衰减器。该数控衰减器也采用砷化镓工艺的场效应管作为控制开关，尽管衰减范围较大，衰减精度较高，但是仍然存在的不足是：整体数控衰减器是有多个独立衰减模块级联构成，占用了较大的芯片面积，用于超宽带系统集成时，会降低系统的集成度。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，提出一种低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器。本发明可以满足目前超宽带集成电路片上系统的发展要求，以及对低插入损耗、低附加相移、高集成度、低功耗、小芯片面积的数控衰减器的应用需求。

为实现本发明的目的，本发明实现的思路是：本发明的衰减器基于硅基RF CMOS工艺，由传输线TL0、π型结构的8dB衰减模块、电感L1、T型-桥T型组合结构的0～7dB组合衰减模块、电感L2、π型结构的16dB衰减模块、传输线TL1顺序级联的单一信号通路构成，采用MOS管作为控制开关，由五个独立控制端控制三个衰减模块工作，利用电感网络进行相位补偿，工作频率范围为Ku波段，以1dB长度步进在的0～31dB的衰减范围内，可实现共32种状态低差损低相移的信号幅度衰减。

本发明衰减器的结构由8dB衰减模块、16dB衰减模块，0～7dB组合衰减模块、匹配传输线TL0、匹配传输线TL1、匹配电感L1、匹配电感L2级联的单一信号通路构成。该衰减器工作频率范围为Ku波段，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的低差损低相移信号幅度衰减。其中，

8dB衰减模块和16dB衰减模块，均采用π型衰减结构，该结构以硅基RF CMOS工艺的NMOS场效应晶体管作为控制开关，利用电感网络电路结构对所采用的NMOS场效应晶体管开关进行附加相移补偿，以实现8dB和16dB的信号幅度衰减。

0～7dB组合衰减模块，采用T型-桥T型组合衰减结构，该结构以硅基RF CMOS工艺的NMOS场效应晶体管作为控制开关，利用电感网络电路结构对所采用的NMOS场效应晶体管开关进行附加相移补偿，以1dB的步进长度变化实现0～7dB的信号幅度衰减。

匹配传输线TL0和匹配传输线TL1，分别用于实现50Ω的输入阻抗与8dB衰减模块的输入端之间、16dB衰减模块的输出端与50Ω的输出阻抗之间的阻抗匹配。

匹配电感L1和匹配电感L2，分别用于实现8dB衰减模块的输出端与0～7dB组合衰减模块的输入端之间、0～7dB组合衰减模块的输出端与16dB衰减模块的输入端之间的阻抗匹配。

8dB衰减模块的输入端与匹配传输线TL0连接，传输线TL0的另一端作为该衰减器的输入端，8dB衰减模块的控制端与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过匹配电感L1与0～7dB组合衰减模块的输入端连接，0～7dB组合衰减模块的控制端分别与控制端1、控制端2和控制端3连接，0～7dB组合衰减模块的输出端通过匹配电感L2与16dB衰减模块的输入端连接，16dB衰减模块的控制端与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与匹配传输线TL1的一端连接，匹配传输线TL1的另一端作为该衰减器的输出端。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明采用了T型-桥T型组合衰减结构的0～7dB组合衰减模块，克服了现有技术的衰减器中由独立的1dB衰减模块、2dB衰减模块和4dB衰减模块占用较大芯片面积的问题。使得本发明制造后相比于同类产品，可以减小20%～30%的芯片面积，大大降低制造成本。

第二，本发明采用硅基RF CMOS工艺，克服了现有技术中采用砷化镓工艺不能与当今超大规模集成电路芯片制造的硅工艺兼容的问题。使得本发明可以用于硅基超宽带单芯片片上集成系统中，有利于实现通信系统的单芯片化。

第三，本发明采用NMOS场效应晶体管作为控制开关，克服了现有技术中采用单刀双掷开关作为控制开关时，占用芯片面积大，在信号通路中会引入较大的插入损耗和附加相移的问题。使得本发明可以在小芯片面积的情况下，实现低差损低相移的信号幅度衰减，并且可以直接与系统的数字信号处理模块相连，由数字信号处理模块直接进行控制，有助于提高系统的集成度，降低单芯片系统芯片的制造成本。

第四，本发明采用单一信号通路，克服了现有技术中采用两条信号通路构成衰减器时，占用芯片面积大的问题。使得本发明可以在不需要任何单端-双端转换元器件的情况下，实现信号幅度的衰减，而且消除了单端-双端转换元器件特性较差对衰减器性能的制约。

第五，本发明采用附加相移补偿电感网络，克服了现有技术中采用NMOS场效应晶体管作为控制开关时，其寄生电容引入较大的插入损耗和附加相移的问题。使得本发明在使用NMOS场效应晶体管作为控制开关的情况下，实现低差损低相移信号幅度衰减。

附图说明

图1为本发明的方框图；

图2为本发明8dB衰减模块的电原理图；

图3为本发明0～7dB组合衰减模块的电原理图；

图4为本发明0～7dB组合衰减模块中4dB子衰减模块的电原理图；

图5为本发明16dB衰减模块的电原理图；

图6为本发明MOS晶体管开关电原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参照附图1，本发明的衰减器包括8dB衰减模块、0～7dB组合衰减模块、16dB衰减模块、匹配传输线TL0与TL1、匹配电感L1与L2。8dB衰减模块和16dB衰减模块均采用π型衰减结构，0～7dB组合衰减模块采用T型-桥T型组合衰减结构。8dB衰减模块的输入端与匹配传输线TL0连接，传输线TL0的另一端作为该衰减器的输入端，8dB衰减模块的控制端与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过匹配电感L1与0～7dB组合衰减模块的输入端连接，0～7dB组合衰减模块的控制端分别与控制端1、控制端2和控制端3连接，0～7dB组合衰减模块的输出端通过匹配电感L2与16dB衰减模块的输入端连接，16dB衰减模块的控制端与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与匹配传输线TL1的一端连接，匹配传输线TL1的另一端作为该衰减器的输出端。

参照附图2，本发明的8dB衰减模块包括一个超宽带射频输入端口In8，一个超宽带射频输出端口Out8，一个直流控制端口控制端4，一个反相器Inv1，三个开关NMOS场效应晶体管M1、M2、M3，一个电感L3和七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。超宽带射频输入端口In8分别与开关NMOS场效应晶体管M1的漏极、电阻R2的一端、开关NMOS场效应晶体管M2的漏极连接，开关NMOS场效应晶体管M1的源极分别与开关NMOS场效应晶体管M3的漏极和超宽带射频输出端口Out8连接，开关NMOS场效应晶体管M1的栅极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接与反相器Inv1的输出端连接，开关NMOS场效应晶体管M1的体端与该管的源极连接，电阻R2的另一端与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与超宽带射频输出端口Out8、开关NMOS场效应晶体管M1的源极和开关NMOS场效应晶体管M3的漏极连接，开关NMOS场效应晶体管M2的源极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M2的栅极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M2的体端与该管的源极连接，开关NMOS场效应晶体管M3的源极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M3的栅极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M3的体端与该管的源极连接。

参照附图3，本发明的0～7dB组合衰减模块包括一个超宽带射频输入端口In7，一个超宽带射频输出端口Out7，一个4dB子衰减模块，三个直流控制端口控制端1、控制端2、控制端3，两个开关NMOS场效应晶体管M4、M5和四个电阻R8、R9、R10、R11。超宽带射频输入端口In7分别与4dB子衰减模块的输入端和开关NMOS场效应晶体管M4的漏极连接，开关NMOS场效应晶体管M4的源极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M4的栅极与R8的一端连接，电阻R8的另一端与控制端1连接，开关NMOS场效应晶体管M4的体端与该管源极连接，4dB子衰减模块的输出端分别与开关NMOS场效应晶体管M5的漏极和超宽带射频输出端口Out7连接，4dB子衰减模块的控制端与控制端3连接，开关NMOS场效应晶体管M5的源极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M5的栅极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与控制端2连接，开关NMOS场效应晶体管M5的体端与该管源极连接。

参照附图4，本发明的0～7dB组合衰减模块中4dB衰减器子模块包括一个超宽带射频输入端口In4，一个超宽带射频输出端口Out4，一个直流控制端口控制端3，一个反相器Inv2，两个开关NMOS场效应晶体管M6、M7，一个电感L4和七个电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18。超宽带射频输入端口In4分别与开关NMOS场效应晶体管M6的漏极、电阻R13的一端、电阻R15的一端连接，开关NMOS场效应晶体管M6的源极与超宽带射频输出端口Out4连接，开关NMOS场效应晶体管M6的栅极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与反相器Inv2的输出端连接，开关NMOS场效应晶体管M6的体端与该管的源极连接，电阻R13的另一端与电感L4的一端连接，电感L4的另一端和与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与超宽带射频输出端口Out4连接，电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端和开关NMOS场效应晶体管M7的漏极连接，电阻R16的另一端与超宽带射频输出端口Out4连接，开关NMOS场效应晶体管M7的源极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M7的栅极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端分别与控制端3和反相器Inv2的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M7的体端与该管的源极连接。

参照附图5，本发明的16dB衰减模块包括一个超宽带射频输入端口In16，一个超宽带射频输出端口Out16，一个直流控制端口控制端5，一个反相器Inv3，三个开关NMOS场效应晶体管M8、M9、M10，一个电感L5和七个电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25。超宽带射频输入端口In16分别与开关NMOS场效应晶体管M8的漏极、开关NMOS场效应晶体管M9的漏极连接、电阻R20的一端，开关NMOS场效应晶体管M8的源极分别与开关NMOS场效应晶体管M10的漏极和超宽带射频输出端口Out16连接，开关NMOS场效应晶体管M8的栅极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与反相器Inv3的输出端连接，开关NMOS场效应晶体管M8的体端与该管的源极连接，电阻R20的另一端与电感L5的一端连接，电感L5的另一端和与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端分别与超宽带射频输出端口Out16和开关NMOS场效应晶体管M10的漏极连接，开关NMOS场效应晶体管M9的源极与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M9的栅极与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与控制端5和反相器Inv3的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M9的体端与该管的源极连接，开关NMOS场效应晶体管M10的源极与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与电源地连接，开关NMOS场效应晶体管M10的栅极与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端分别与控制端5和反相器Inv3的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M10的体端与该管的源极连接。

参照附图6，本发明的NMOS晶体管开关包括一个开关NMOS场效应晶体管M11和一个电阻R26，开关NMOS场效应晶体管M11的漏极与该开关的输入端连接，开关NMOS场效应晶体管M11的源极与该开关的输出端连接，开关NMOS场效应晶体管M1的栅极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与该开关的控制端连接，开关NMOS场效应晶体管M11的体端与该场效应晶体管的源极连接。

本发明的附加相移补偿电感网络包括两个电阻R27、R28和一个电感L6。电阻R27的一端与该网络的输入端连接，电阻R27的另一端与电感L6的一端连接，电感L6的另一端与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与该网络的输出端连接。该结构具有相移滞后特性，可以对8dB衰减模块、4dB子衰减模块和16dB衰减模块中超前的相移进行补偿。

本发明的反相器包括一个NMOS场效应晶体管M12和一个PMOS场效应晶体管M13，NMOS场效应晶体管M12的栅极分别与PMOS场效应晶体管M13的栅极和该反相器的输入端连接，NMOS场效应晶体管M12的漏极分别与PMOS场效应晶体管M13的漏极和该反相器的输出端连接，NMOS场效应晶体管M12的源极与电源地连接，NMOS场效应晶体管M12的体端与该管的源极连接，PMOS场效应晶体管M13的源极与电源Vdd连接，PMOS场效应晶体管M13的体端与该管的源极连接。

下面结合实施例对本发明的工作过程做进一步详细描述。

实施例1：本发明的工作状态。本发明的实施例1由五位数字信号分别进行控制，各控制端输入控制信号的不同电平状态与对应的信号振幅衰减状态如下表所示。

表中，0表示低电平，1表示高电平。由上表可以看出，本发明通过控制端1、控制端2、控制端3、控制端4、控制端5分别改变输入控制信号的高低电平状态改变，以1dB长度步进在12.5～18GHz的工作频率范围和0～31dB的衰减范围内，实现了32种状态的低差损低相移信号幅度衰减。

实施例2：本发明8dB衰减模块的工作过程。本发明的实施例2采用图6所示的MOS晶体管开关作为串联支路和并联支路的控制开关，并且采用附加相移补偿电感网络进行相移补偿，实现信号幅度衰减的同时，减小输出信号相对于输入信号的附加相移。8dB衰减模块可由一位数字信号在控制端4进行控制。当控制端4输入为低电平时，反相器Inv1输入为低电平，反相器Inv1输出为高电平，开关MOS晶体管M1导通，开关MOS晶体管M2和开关MOS晶体管M3均关断，8dB衰减模块处于参考状态。当控制端4输入为高电平时，反相器Inv1输入为高电平，反相器Inv1输出为低电平，开关MOS晶体管M1关断，开关MOS晶体管M2和开关MOS晶体管M3均导通，8dB衰减模块处于衰减状态。该衰减模块可以实现上述两种状态输出信号幅度相差8dB的固定值衰减功能，同时输出信号相移基本不变。

实施例3：本发明0～7dB组合衰减模的工作过程。本发明的实施例3采用图6所示的MOS晶体管开关作为支路的控制开关，包括一个图4所示的4dB子衰减模块。0～7dB组合衰减模块由三位数字信号在控制端1、控制端2、控制端3分别进行控制。当控制端1、控制端2、控制端3输入均为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关MOS晶体管M6导通，开关MOS晶体管M4、开关MOS晶体管M5、开关MOS晶体管M7均关断，0～7dB组合衰减模块处于参考状态。当控制端1输入为高电平，控制端2与控制端3输入均为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关MOS晶体管M4与开关MOS晶体管M6均导通，开关MOS晶体管M5与开关MOS晶体管M7均关断，0～7dB组合衰减模块处于1dB衰减状态。当控制端2输入为高电平，控制端1与控制端3输入均为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关MOS晶体管M5与开关MOS晶体管M6均导通，开关MOS晶体管M4与开关MOS晶体管M7均关断，0～7dB组合衰减模块处于2dB衰减状态。当控制端1与控制端2输入均为高电平，控制端3输入为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关MOS晶体管M4、开关MOS晶体管M5、开关MOS晶体管M6均导通，开关MOS晶体管M7关断，0～7dB组合衰减模块处于3dB衰减状态。当控制端3输入为高电平，控制端1与控制端2输入均为低电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关MOS晶体管M7导通，开关MOS晶体管M4、开关MOS晶体管M5、开关MOS晶体管M6均关断，0～7dB组合衰减模块处于4dB衰减状态。当控制端1与控制端3输入均为高电平，控制端2输入为低电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关MOS晶体管M4与开关MOS晶体管M7均导通，开关MOS晶体管M5与开关MOS晶体管M6均关断，0～7dB组合衰减模块处于5dB衰减状态。当控制端2与控制端3输入均为高电平，控制端1输入为低电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关MOS晶体管M5与开关MOS晶体管M7均导通，开关MOS晶体管M4与开关MOS晶体管M6均关断，0～7dB组合衰减模块处于6dB衰减状态。当控制端1、控制端2、控制端3输入均为高电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关MOS晶体管M4、开关MOS晶体管M5、开关MOS晶体管M7均导通，开关MOS晶体管M6关断，0～7dB组合衰减模块处于7dB衰减状态。该子衰减模块可以实现衰减状态与参考状态相差0～7dB的可变值衰减功能，同时输出信号相移基本不变。

实施例4：本发明0～7dB组合衰减模块中4dB子衰减模块的工作过程。本发明的实施例4采用图6所示的MOS晶体管开关作为串联支路和并联支路的控制开关，并且采用附加相移补偿电感网络进行相移补偿，实现信号幅度衰减的同时，减小输出信号相对于输入信号的附加相移。4dB子衰减模块由一位数字信号在控制端3进行控制。当控制端3输入为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关MOS晶体管M6导通，开关MOS晶体管M7关断，4dB子衰减模块处于参考状态。当控制端3为输入高电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关MOS晶体管M6关断，开关MOS晶体管M7导通，4dB衰减模块处于衰减状态。该子衰减模块可以实现上述两种状态输出信号幅度相差4dB的固定值衰减功能，同时输出信号相移基本不变。

实施例5：本发明16dB衰减模块的工作过程。本发明的实施例5采用图6所示的MOS晶体管开关作为串联支路和并联支路的控制开关，并且采用附加相移补偿电感网络进行相移补偿，实现信号幅度衰减的同时，减小输出信号相对于输入信号的附加相移。16dB衰减模块可由一位数字信号在控制端5进行控制。当控制端5输入为低电平时，反相器Inv3输入为低电平，反相器Inv3输出为高电平，开关MOS晶体管M8导通，开关MOS晶体管M9和开关MOS晶体管M10均关断，16dB衰减模块处于参考状态。当控制端5输入为高电平时，反相器Inv3输入为高电平，反相器Inv3输出为低电平，开关MOS晶体管M8关断，开关MOS晶体管M9和M10均导通，16dB衰减模块处于衰减状态。该衰减模块可以实现上述两种状态输出信号幅度相差16dB的固定值衰减功能，同时输出信号相移基本不变。

Claims (5)

1.一种低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，由8dB衰减模块、16dB衰减模块，0～7dB组合衰减模块、匹配传输线TL0、匹配传输线TL1、匹配电感L1、匹配电感L2级联的单一信号通路构成；所述衰减器工作频率范围为Ku波段，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的低差损低相移信号幅度衰减；其中，

所述的8dB衰减模块和16dB衰减模块，均采用π型衰减结构，该结构以硅基RF CMOS工艺的NMOS场效应晶体管作为控制开关，利用电感网络电路结构对所采用的NMOS场效应晶体管开关进行附加相移补偿，以实现8dB和16dB的信号幅度衰减；

所述的0～7dB组合衰减模块，采用T型-桥T型组合衰减结构，该结构以硅基RF CMOS工艺的NMOS场效应晶体管作为控制开关，利用电感网络电路结构对所采用的NMOS场效应晶体管开关进行附加相移补偿，以1dB的步进长度变化实现0～7dB的信号幅度衰减；

所述的匹配传输线TL0和匹配传输线TL1，分别用于实现50Ω的输入阻抗与8dB衰减模块的输入端之间、16dB衰减模块的输出端与50Ω的输出阻抗之间的阻抗匹配；

所述的匹配电感L1和匹配电感L2，分别用于实现8dB衰减模块的输出端与0～7dB组合衰减模块的输入端之间、0～7dB组合衰减模块的输出端与16dB衰减模块的输入端之间的阻抗匹配；

所述的8dB衰减模块的输入端与匹配传输线TL0连接，传输线TL0的另一端作为该衰减器的输入端；所述的8dB衰减模块的控制端与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过匹配电感L1与0～7dB组合衰减模块的输入端连接；所述的0～7dB组合衰减模块的控制端分别与控制端1、控制端2和控制端3连接，0～7dB组合衰减模块的输出端通过匹配电感L2与16dB衰减模块的输入端连接；所述的16dB衰减模块的控制端与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与匹配传输线TL1的一端连接，匹配传输线TL1的另一端作为该衰减器的输出端。

2.根据权利要求1所述的低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，其特征在于：所述的8dB衰减器模块包括一个超宽带射频输入端口In8，一个超宽带射频输出端口Out8，一个直流控制端口控制端4，一个反相器Inv1，三个开关NMOS场效应晶体管M1、M2、M3，一个电感L3和七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7；所述的超宽带射频输入端口In8分别与开关NMOS场效应晶体管M1的漏极、电阻R2的一端、开关NMOS场效应晶体管M2的漏极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M1的源极分别与开关NMOS场效应晶体管M3的漏极和超宽带射频输出端口Out8连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M1的栅极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接与反相器Inv1的输出端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M1的体端与该管的源极连接；所述的电阻R2的另一端分别与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与超宽带射频输出端口Out8、开关NMOS场效应晶体管M1的源极和开关NMOS场效应晶体管M3的漏极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M2的源极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M2的栅极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M2的体端与该管的源极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M3的源极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M3的栅极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M3的体端与该管的源极连接。

3.根据权利要求1所述的低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，其特征在于：所述的0～7dB组合衰减模块包括一个超宽带射频输入端口In7，一个超宽带射频输出端口Out7，一个4dB子衰减模块，三个直流控制端口控制端1、控制端2、控制端3，两个开关NMOS场效应晶体管M4、M5和四个电阻R8、R9、R10、R11；所述的超宽带射频输入端口In7分别与4dB子衰减模块的输入端和开关NMOS场效应晶体管M4的漏极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M4的源极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M4的栅极与R8的一端连接，电阻R8的另一端与控制端1连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M4的体端与该管源极连接；所述的4dB子衰减模块的输出端分别与开关NMOS场效应晶体管M5的漏极和超宽带射频输出端口Out7连接；所述的4dB子衰减模块的控制端与控制端3连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M5的源极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M5的栅极与R9的一端连接，电阻R9的另一端与控制端2连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M5的体端与该管源极连接。

4.根据权利要求3所述的低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，其特征在于：所述的0～7dB组合衰减模块中4dB衰减器子模块包括一个超宽带射频输入端口In4，一个超宽带射频输出端口Out4，一个直流控制端口控制端3，一个反相器Inv2，两个开关NMOS场效应晶体管M6、M7，一个电感L4和七个电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18；所述的超宽带射频输入端口In4分别与开关NMOS场效应晶体管M6的漏极、电阻R13的一端、电阻R15的一端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M6的源极与超宽带射频输出端口Out4连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M6的栅极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与反相器Inv2的输出端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M6的体端与该管的源极连接；所述的电阻R13的另一端与电感L4的一端连接，电感L4的另一端和与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与超宽带射频输出端口Out4连接；所述的电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端和开关NMOS场效应晶体管M7的漏极连接，电阻R16的另一端与超宽带射频输出端口Out4连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M7的源极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M7的栅极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端分别与控制端3和反相器Inv2的输入端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M7的体端与该管的源极连接。

5.根据权利要求1所述的低差损低相移高集成度五位步进式超宽带数控衰减器，其特征在于：所述的16dB衰减器模块包括一个超宽带射频输入端口In16，一个超宽带射频输出端口Out16，一个直流控制端口控制端5，一个反相器Inv3，三个开关NMOS场效应晶体管M8、M9、M10，一个电感L5和七个电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25；所述的超宽带射频输入端口In16分别与开关NMOS场效应晶体管M8的漏极、开关NMOS场效应晶体管M9的漏极、电阻R20的一端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M8的源极分别与开关NMOS场效应晶体管M10的漏极和超宽带射频输出端口Out16连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M8的栅极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与反相器Inv3的输出端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M8的体端与该管的源极连接；所述的电阻R20的另一端与电感L5的一端连接，电感L5的另一端和与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端分别与超宽带射频输出端口Out16和开关NMOS场效应晶体管M10的漏极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M9的源极与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M9的栅极与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与控制端5和反相器Inv3的输入端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M9的体端与该管的源极连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M10的源极与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与电源地连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M10的栅极与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端分别与控制端5和反相器Inv3的输入端连接；所述的开关NMOS场效应晶体管M10的体端与该管的源极连接。

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