CN115833791A - 基于pin二极管的高精度数控衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器，包括：输入/输出端口、第一直流隔离元件、PIN二极管、第二直流隔离元件、输出/输入端口依次连接；所述PIN二极管的阳极和阴极分别连接一个交流隔离元件的一端，其中一个所述交流隔离元件的另一端连接N选1模拟开关的控制电压输入端，并根据输入的控制电压的位数m，确定N的个数。本方案采用通过控制电压的位数控制模拟开关的个数，从而实现对PIN二极管的电流控制，实现了数字电路直接转换控制模拟电路，无需借助其他转换器件，降低了数控衰减器的整体损耗。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器。
背景技术
数控衰减器是通过数字信号，对微波射频信号的幅度进行控制的器件，广泛用于各种通信、广播、雷达系统中。
目前市面上的数控衰减器的最高精度为0.25dB，在某些要求较高的情况下，控制精度不能够满足系统要求。专利（公开号: CN201928244U）提出使用两个电桥与两个现有大步进的数控衰减器并行连接组成一个更高精度的数控衰减器，但以更高的插入损耗为代价即在达到较高精度时，额外增加了3dB以上的插入损耗。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器，通过控制电压的位数控制模拟开关的个数，从而实现对PIN二极管的电流控制，实现了数字电路直接转换控制模拟电路，无需借助其他转换器件，采用较低的插入损耗，便捷地实现更高精度的数控衰减。
为了实现上述目的，本发明的一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器，包括：输入/输出端口、PIN二极管、第一直流隔离元件、第二直流隔离元件、交流隔离元件、N选1模拟开关、输出/输入端口；
所述输入/输出端口连接第一直流隔离元件的一端，所述第一直流隔离元件的另一端连接PIN二极管的阳极，所述PIN二极管的阴极连接第二直流隔离元件的一端，所述第二直流隔离元件的另一端连接输出/输入端口；
所述PIN二极管的阳极和阴极分别连接一个交流隔离元件的一端，其中一个所述交流隔离元件的另一端连接N选1模拟开关的控制电压输入端，并根据输入的控制电压的位数m，确定N的个数。
进一步优选的，所述根据输入的控制电压的位数m，按照如下公式计算N的个数；
其中，N为N选1模拟开关的开关个数，m为输入的控制电压的位数。
进一步优选的，所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接多路数字模拟转换器的输出端，所述多路数字模拟转换器在温度变化时能进行补偿。
进一步优选的，所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接单一电压源。
进一步优选的，还包括与N选1模拟开关中，与每一路开关串联的限流电阻。
进一步优选的，所述第一直流隔离元件和第二直流隔离元件分别为隔离电容，所述隔离电容用于将PIN控制电压与外部电路隔离开。
进一步优选的，所述交流隔离元件为电感和/或大于50欧姆的电阻。
本申请公开的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，相比于现有技术，结构更简单，采用通过控制电压的位数控制模拟开关的个数，从而实现对PIN二极管的电流控制，实现了数字电路直接转换控制模拟电路，无需借助其他转换器件。另一方面本申请采用的都是低损耗元件，并且利用数字信号监控模拟信号的过程中，无需插入其他损耗元件，降低了数控衰减器的整体损耗。
附图说明
图1为本发明的一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器的结构示意图。
图2为本发明实施例1的电路结构示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
业界常用基于射频开关技术的数控衰减器，而基于PIN二极管的衰减器常用于压控衰减器设计中，但压控衰减器的响应时间过大，不能满足有快速响应需求的电路，例如跳频通信电路。本发明结合了模拟开关响应时间快、PIN二极管在偏置电流相对大时插入损耗小的优点，提供了一种新的高精度数控衰减器技术方案。
如图1所示，本发明一方面实施例提供的一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器，包括：输入/输出端口P1、PIN二极管101、第一直流隔离元件121、第二直流隔离元件122、交流隔离元件103、N选1模拟开关SW1、输出/输入端口P2。
所述输入/输出端口P1连接第一直流隔离元件121的一端，所述第一直流隔离元件121的另一端连接PIN二极管101的阳极，所述PIN二极管101的阴极连接第二直流隔离元件122的一端，所述第二直流隔离元件122的另一端连接输出/输入端口P2。
所述PIN二极管101的阳极和阴极分别连接一个交流隔离元件103的一端，其中一个交流隔离元件103的另一端连接N选1模拟开关SW1的控制电压输入端，并根据输入的控制电压的位数m，确定N的个数。
所述根据输入的控制电压的位数m，按照如下公式计算N的个数；
其中，N为N选1模拟开关的开关个数，m为输入的控制电压的位数。
例如，当m=1时，n=2，数字控制信号为BIT1，对应数控衰减器为1BIT数控衰减器，其只有（0，1）共2种工作状态；此时一个控制信号，对应两路输出，当控制信号为高电平，控制电压V1导通到输出；控制信号为低电平时，控制电压V2导通到输出；当m=2时，n=4，数字控制信号为BIT1和BIT2，对应数控衰减器为2BIT数控衰减器，此时有两路控制信号，其有（00，01，10，11）共4种工作状态；对应四路输出，输出的控制电压有4个，是V1～V4，当m=3时，n=8，数字控制信号为BIT1、BIT2、BIT3，对应数控衰减器为3BIT数控衰减器，其有（000，001，010，011，100，101，110，111）共8种工作状态，依此类推。控制电压对应的控制电流使得PIN二极管呈现不同的等效电阻，根据PIN二极管的电流——等效电阻特性，可通过设计使得此串联于射频通路的电阻引起的衰减按照期望变化，取得期望的数控衰减器性能。
所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接多路数字模拟转换器的输出端，所述多路数字模拟转换器在温度变化时能进行补偿。
所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接单一电压源。 当选择单一电压源时，还包括与N选1模拟开关中，与每一路开关串联的限流电阻。
所述第一直流隔离元件121和第二直流隔离元件122分别为隔离电容，所述隔离电容用于将PIN控制电压与外部电路隔离开。
所述交流隔离元件103为电感和/或大于50欧姆的电阻。
如图2所示，在本申请的一个具体实施例中，此实施例选定m=2，n=4，使用4选1模拟开关（单刀四掷），PIN二极管采用Skyworks公司的产品SMP1322-079LF，RF chock分别使用了一个电感和一个2KΩ电阻（电阻除了隔交流信号外，还起到为PIN二极管稳定工作电流的作用），电感和电容随工作频段的不同可以选择不同的值。
表1为本电路的性能参数表
| 工作状态 | PIN正向电流（mA） | PIN等效电阻（Ω） | 总衰减（dB） | 相对衰减（dB） | PIN压降（mV） | 串联电阻（欧姆） | 常温控制电压（mV） |
| 00 | 1 | 0.93 | 0.08 | 0 | 720 | 2000 | 2720 |
| 01 | 0.3 | 1.65 | 0.1425 | 0.0625 | 660 | 2000 | 1260 |
| 10 | 0.12 | 2.4 | 0.205 | 0.125 | 630 | 2000 | 870 |
| 11 | 0.1 | 3.15 | 0.2675 | 0.1875 | 620 | 2000 | 820 |
本实施例中，电路支持U频段，电容取值470PF，电感取值390nH。此实施例数控衰减器为2BIT，共有00、01、10、11四种工作状态，实现了固定插入损耗0.08dB，相对衰减0dB、0.0625dB、0.125dB、0.1875dB，即0.125dB、0.0625dB两个档位的2BIT数控衰减器，电路的响应时间小于2uS。实施例的设计参数如表1所示。此实施例在射频自干扰抵消电路中工作良好，取得了射频对消45dB~50dB的优异效果。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，包括：输入/输出端口、PIN二极管、第一直流隔离元件、第二直流隔离元件、交流隔离元件、N选1模拟开关、输出/输入端口；
所述输入/输出端口连接第一直流隔离元件的一端，所述第一直流隔离元件的另一端连接PIN二极管的阳极，所述PIN二极管的阴极连接第二直流隔离元件的一端，所述第二直流隔离元件的另一端连接输出/输入端口；
所述PIN二极管的阳极和阴极分别连接一个交流隔离元件的一端，其中一个所述交流隔离元件的另一端连接N选1模拟开关的控制电压输入端，并根据输入的控制电压的位数m，确定N的个数。
2.根据权利要求1所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，所述根据输入的控制电压的位数m，按照如下公式计算N的个数；
其中，N为N选1模拟开关的开关个数，m为输入的控制电压的位数。
3.根据权利要求2所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接多路数字模拟转换器的输出端，所述多路数字模拟转换器在温度变化时进行补偿。
4.根据权利要求2所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，所述N选1模拟开关的控制电压输入端连接单一电压源。
5.根据权利要求4所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，还包括与N选1模拟开关中，与每一路开关串联的限流电阻。
6.根据权利要求1所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，所述第一直流隔离元件和第二直流隔离元件分别为隔离电容，所述隔离电容用于将PIN控制电压与外部电路隔离开。
7.根据权利要求1所述的基于PIN二极管的高精度数控衰减器，其特征在于，所述交流隔离元件为电感和/或大于50欧姆的电阻。
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