CN113659959B - 一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施例公开了一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路和方法，包括：0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元；所述0dB衰减单元，用于对输入信号功率的直通，输出与输入功率相等的信号；所述0.5dB衰减单元，用于对输入信号的0.5dB功率衰减，输出衰减0.5dB功率的信号；所述1dB衰减单元，用于对输入信号的1dB功率衰减，输出衰减1dB功率的信号；所述2dB衰减单元，用于对输入信号的2dB功率衰减，输出衰减2dB功率的信号；所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元被配置为通过金丝键合方式连接从而实现8种衰减状态之一。
Description
技术领域
本发明涉及收发系统芯片领域。更具体地，涉及一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路和方法。
背景技术
随着相控阵雷达技术的发展，单片微波集成电路也在不断发展，其中，收发通道内芯片大量应用在雷达系统中，是雷达系统的关键组成部分。
可调衰减器电路主要应用于相控阵雷达系统的收发通道中，它适用于微组装工艺中多通道之间的增益一致性调节，提供精确的衰减值并实现输入信号的幅度调节，输出信号后送至下一级电路，衰减器两端与其他芯片直接相连，需要实现50欧姆阻抗匹配，目前多数产品上使用的衰减器电路的缺点在于，衰减值固定过于单一；不便于衰减数值的调整；需要开关控制实现可调节的衰减量，额外的控制电路增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路和方法。以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路，包括：
0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元；
所述0dB衰减单元，用于对输入信号功率的直通，输出与输入功率相等的信号；
所述0.5dB衰减单元，用于对输入信号的0.5dB功率衰减，输出衰减0.5dB功率的信号；
所述1dB衰减单元，用于对输入信号的1dB功率衰减，输出衰减1dB功率的信号；
所述2dB衰减单元，用于对输入信号的2dB功率衰减，输出衰减2dB功率的信号；
所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元被配置为通过金丝键合方式连接从而实现8种衰减状态之一，
其中，所述8种衰减状态包括：0dB衰减状态、0.5dB衰减状态、1dB衰减状态、1.5dB衰减状态、2dB衰减状态、2.5dB衰减状态、3dB衰减状态以及3.5dB衰减状态。
在一个具体实施例中，
所述0dB衰减单元包括：第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第九焊盘；
所述第九焊盘的第二端与所述第一焊盘的第一端相连接；
所述第一焊盘的第二端与所述第二焊盘的第一端相连接；
所述第二焊盘的第二端与所述第三焊盘的第一端相连接。
在一个具体实施例中，
所述0.5dB衰减单元包括：第六焊盘以及0.5dB衰减器；
所述第六焊盘的第二端与所述0.5dB衰减器相连接。
在一个具体实施例中，
所述1dB衰减单元包括：第四焊盘、第五焊盘以及1dB衰减器；
所述第五焊盘的第二端与所述1dB衰减器的第一端相连接；
所述1dB衰减器的第二端与所述第四焊盘的第一端相连接。
在一个具体实施例中，
所述2dB衰减单元包括：第七焊盘、第八焊盘以及2dB衰减器；
所述第七焊盘的第二端与所述2dB衰减器的第一端相连接；
所述2dB衰减器的第二端与所述第八焊盘的第一端相连接。
在一个具体实施例中，所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元以及2dB衰减单元的衰减典型值不包含电路带来引起的插入损耗，所述插入损耗的数值随频率的增益而增加。
第二方面，本发明还提供了一种利用第一方面所述的电路进行输入信号衰减的方法，包括：
当所述电路实现0dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第三焊盘的第二端输出衰减0dB功率的信号；
当所述电路实现0.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和0.5dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减0.5dB功率的信号；
当所述电路实现1dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1dB功率的信号；
当所述电路实现1.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作；所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1.5dB功率的信号；
当所述电路实现2dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2dB功率的信号；
当所述电路实现2.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2.5dB功率的信号；
当所述电路实现3dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3dB功率的信号；
当所述电路实现3.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3.5dB功率的信号。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路和方法，在实现了对射频信号精准衰减的基础上，提供了良好的的驻波特性，在调节通道增益时仅需要按照所需的衰减值进行金丝跳线，不需要更换芯片，也不需要额外的开关控制电路来实现衰减值的变化，使得调试十分方便，并节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明一个实施例的基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路原理结构框图。
图2示出根据本发明一个实施例的基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路输入驻波测试曲线。
图3示出根据本发明一个实施例的基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路输出驻波测试曲线。
图4示出根据本发明一个实施例的基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路插入损耗测试曲线。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
第一实施例
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路，包括：
0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元；
所述0dB衰减单元，用于对输入信号功率的直通，输出与输入功率相等的信号；
所述0.5dB衰减单元，用于对输入信号的0.5dB功率衰减，输出衰减0.5dB功率的信号；
所述1dB衰减单元，用于对输入信号的1dB功率衰减，输出衰减1dB功率的信号；
所述2dB衰减单元，用于对输入信号的2dB功率衰减，输出衰减2dB功率的信号；
所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元被配置为通过金丝键合方式连接从而实现8种衰减状态之一，
所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元以及2dB衰减单元的衰减典型值不包含电路带来引起的插入损耗，所述插入损耗的数值随频率的增益而增加。
其中，所述8种衰减状态包括：0dB衰减状态、0.5dB衰减状态、1dB衰减状态、1.5dB衰减状态、2dB衰减状态、2.5dB衰减状态、3dB衰减状态以及3.5dB衰减状态。
在一个具体实施例中，所述0dB衰减单元包括：第一焊盘1、第二焊盘2、第三焊盘3和第九焊盘9；
所述第九焊盘的第二端与所述第一焊盘的第一端相连接；
所述第一焊盘的第二端与所述第二焊盘的第一端相连接；
所述第二焊盘的第二端与所述第三焊盘的第一端相连接。
在一个具体实施例中，所述0.5dB衰减单元包括：第六焊盘6以及0.5dB衰减器；
所述第六焊盘的第二端与所述0.5dB衰减器相连接。
在一个具体实施例中，所述1dB衰减单元包括：第四焊盘4、第五焊盘5以及1dB衰减器；
所述第五焊盘的第二端与所述1dB衰减器的第一端相连接；
所述1dB衰减器的第二端与所述第四焊盘的第一端相连接。
在一个具体实施例中，所述2dB衰减单元包括：第七焊盘7、第八焊盘8以及2dB衰减器；
所述第七焊盘的第二端与所述2dB衰减器的第一端相连接；
所述2dB衰减器的第二端与所述第八焊盘的第一端相连接。
在本实例中，图1中的焊盘尺寸均为100um*100um，都可以用于金丝键合。其中，第九焊盘9与第一焊盘1之间通过传输线连接，第一焊盘1与第二焊盘2之间通过传输线连接，第二焊盘2与第三焊盘3之间通过传输线连接，第七焊盘7与第八焊盘8之间通过2dB衰减器连接，第四焊盘4与第五焊盘5之间通过1dB衰减器连接，第六焊盘6与0.5dB衰减器连接。
在本实例中，本发明提供的的宽带可调衰减器为一种GaAs工艺实现的芯片，尺寸为750um*750um，以芯片左下角为零点坐标作为参考，焊盘1的位置坐标为(300um，600um)，焊盘2的位置坐标为(450um，600um)，焊盘3的位置坐标为(600um，600um)，焊盘4的位置位置坐标为(600um，450um)，焊盘5的位置坐标为(450um，450um)，焊盘6的位置坐标为(300um，450um)，焊盘7的位置坐标为(150um，150um)，焊盘8的位置坐标为(150um，300um)，焊盘9的位置坐标为(150um，450um)。
本发明的一个实施例还公开了一种利用第一实施例所述的电路进行输入信号衰减的方法，包括：
当所述电路实现0dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第三焊盘的第二端输出衰减0dB功率的信号，即输出与输入功率相等的信号；
当所述电路实现0.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和0.5dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减0.5dB功率的信号；
当所述电路实现1dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1dB功率的信号；
当所述电路实现1.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作；所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1.5dB功率的信号；
当所述电路实现2dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2dB功率的信号；
当所述电路实现2.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2.5dB功率的信号；
当所述电路实现3dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3dB功率的信号；
当所述电路实现3.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3.5dB功率的信号。
在一个具体实施例中，对本发明提供的宽带可调衰减器电路分别进行输入驻波测试、输出驻波测试以及插入损耗测试。测试结果分别如图2，图3，图4所示。图中VSWR为电压驻波比。Freq为频率。
从图2中我们可以看出，在DC～20GHz频率范围内，8个衰减状态的输入驻波比小于1.45。
从图3中我们可以看出，在DC～20GHz频率范围内，8个衰减状态的输出驻波比小于1.25。
从图4中我们可以看出，在DC～20GHz频率范围内，8个衰减状态的衰减数值非常精确，8条曲线趋于平行表明其相对衰减值非常平坦。
从上述实验结果可以看出，本发明在实现了对射频信号精准衰减的基础上，提供了良好的的驻波特性，在调节通道增益时仅需要按照所需的衰减值进行金丝跳线，不需要更换芯片，也不需要额外的开关控制电路来实现衰减值的变化，并且调试方便，节约了成本。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种基于GaAs工艺的宽带可调衰减器电路，其特征在于，包括：
0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元；
所述0dB衰减单元，用于对输入信号功率的直通，输出与输入功率相等的信号；
所述0.5dB衰减单元，用于对输入信号的0.5dB功率衰减，输出衰减0.5dB功率的信号；
所述1dB衰减单元，用于对输入信号的1dB功率衰减，输出衰减1dB功率的信号；
所述2dB衰减单元，用于对输入信号的2dB功率衰减，输出衰减2dB功率的信号；
所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元被配置为通过金丝键合方式连接从而实现8种衰减状态之一，
其中，所述8种衰减状态包括：0dB衰减状态、0.5dB衰减状态、1dB衰减状态、1.5dB衰减状态、2dB衰减状态、2.5dB衰减状态、3dB衰减状态以及3.5dB衰减状态；
所述0dB衰减单元包括：第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第九焊盘；
所述第九焊盘的第二端与所述第一焊盘的第一端相连接；
所述第一焊盘的第二端与所述第二焊盘的第一端相连接；
所述第二焊盘的第二端与所述第三焊盘的第一端相连接；
所述0.5dB衰减单元包括：第六焊盘以及0.5dB衰减器；
所述第六焊盘的第二端与所述0.5dB衰减器相连接；
所述1dB衰减单元包括：第四焊盘、第五焊盘以及1dB衰减器；
所述第五焊盘的第二端与所述1dB衰减器的第一端相连接；
所述1dB衰减器的第二端与所述第四焊盘的第一端相连接；
所述2dB衰减单元包括：第七焊盘、第八焊盘以及2dB衰减器；
所述第七焊盘的第二端与所述2dB衰减器的第一端相连接；
所述2dB衰减器的第二端与所述第八焊盘的第一端相连接；
当所述电路实现0dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元工作；
当所述电路实现0.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和0.5dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现1dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现1.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现2dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现2.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现3dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；
当所述电路实现3.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元以及2dB衰减单元的衰减典型值不包含电路带来引起的插入损耗，所述插入损耗的数值随频率的增益而增加。
3.一种利用权利要求1-2任一项所述的电路进行输入信号衰减的方法，其特征在于，包括：
当所述电路实现0dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第三焊盘的第二端输出衰减0dB功率的信号；
当所述电路实现0.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和0.5dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减0.5dB功率的信号；
当所述电路实现1dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作，所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1dB功率的信号；
当所述电路实现1.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和1dB衰减单元组合工作；所述第九焊盘的第一端接收输入信号，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减1.5dB功率的信号；
当所述电路实现2dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2dB功率的信号；
当所述电路实现2.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作，所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第三焊盘的第二端输出衰减2.5dB功率的信号；
当所述电路实现3dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3dB功率的信号；
当所述电路实现3.5dB衰减状态时，所述电路的0dB衰减单元、0.5dB衰减单元、1dB衰减单元和2dB衰减单元组合工作；所述第七焊盘的第一端接收输入信号，所述第八焊盘的第二端与所述第九焊盘的第一端通过金丝键合方式相连接，所述第六焊盘的第一端与所述第一焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第五焊盘的第一端与所述第二焊盘的第三端通过金丝键合方式相连接，所述第四焊盘的第二端输出衰减3.5dB功率的信号。
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