JPS63301610A - Variable attenuator - Google Patents

Variable attenuator

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JPS63301610A
JPS63301610A JP12319688A JP12319688A JPS63301610A JP S63301610 A JPS63301610 A JP S63301610A JP 12319688 A JP12319688 A JP 12319688A JP 12319688 A JP12319688 A JP 12319688A JP S63301610 A JPS63301610 A JP S63301610A
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Abstract

PURPOSE:To improve an operation in a microwave frequency range by equipping a feedback circuit to feedback the output of a reference cell to the gate of the electric field effect transistor (FET) of an attenuating cell and the reference cell. CONSTITUTION:A reference attenuating cell 12 executes the feedback control of a main attenuating cell 10 through an operational amplifier 14 and this reference cell 12 is designed so as to be electrically equivalent with the attenuating cell 10 in a characteristic impedance. A control signal that an amplifier 60 outputs to an output conductor 38 is changed by an attenuation control signal impressed to the reference output signal of an NORD 44 and a control terminal 16. This control signal is fedback to the gate of a parallel FET 54 and controls a reference circuit operation and the impedance of the NORD 44 is made equal to that of a NORD 46. Since the same control signal is impressed to an FET 34, the attenuating cell 10 and the reference cell 12 are samely operated. Thus, regardless of the change of the attenuating quantity of an attenuator, since the characteristic impedance can be always maintained to be constant, the characteristic is stabilized over a wide range.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は可変減衰器、特に電界効果トランジスタ(FE
T)を使用する広帯域の可変減衰器に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is applicable to variable attenuators, particularly field effect transistors (FE).
This invention relates to a wideband variable attenuator using T).

[従来技術とその問題点] カスケード型増幅器の利得制御には可変減衰器を用いる
のが一般的である。増幅器の利得平坦性(即ち異なる周
波数に対する利得の一様性)及び安定性を得るために、
この減衰器は減衰値に関係な(信号源及び負荷のVSW
Rが低いことが好ましい。また、伝送線回路のインピー
ダンスを一定に維持することが不可欠である。これは反
射型減衰器の使用を不可能にする。
[Prior art and its problems] A variable attenuator is generally used to control the gain of a cascade amplifier. To obtain gain flatness (i.e. uniformity of gain over different frequencies) and stability of the amplifier,
This attenuator is related to the attenuation value (VSW of the source and load).
Preferably, R is low. It is also essential to maintain the impedance of the transmission line circuit constant. This precludes the use of reflective attenuators.

古典的なブリッジT型減衰器は1968年にITT/ハ
ワード・W・サムズアンドカンパ二より発行された無線
技術者用参照データの第5版に解説され、また第7A図
に示す。この回路は直列抵抗R1と並列抵抗R2とを下
記(1)式を満足するように変化すると、連続可変の吸
収性減衰器が得られる。
The classic bridge-T attenuator is described in the 5th edition of Radio Engineer's Reference Data published by ITT/Howard W. Sams & Company in 1968 and is shown in FIG. 7A. In this circuit, a continuously variable absorbing attenuator can be obtained by changing the series resistance R1 and the parallel resistance R2 so as to satisfy the following equation (1).

RIR2= 202(1) ここで、ZOは希望する特性インピーダンスである。マ
ツチングするときの減衰度は(2)式で与=201og
((R1/ZO)+1)    (2)ブリッジT型減
衰器を連続可変型にするには、第7A図の直並列抵抗R
1及びR2を第7B図に示す如く線形領域で動作するF
ETにすれば良い。
RIR2=202(1) where ZO is the desired characteristic impedance. The attenuation degree when matching is given by equation (2) = 201og
((R1/ZO)+1) (2) To make the bridge T-type attenuator a continuously variable type, the series-parallel resistance R shown in Figure 7A
1 and R2 operating in the linear region as shown in Figure 7B.
It would be better to make it ET.

しかし、実際には従来の可変FET減衰器は減衰度及び
動作温度が変化するにつれて好ましくないインピーダン
ス変化を生じる。
However, in practice, conventional variable FET attenuators experience undesirable impedance changes as the degree of attenuation and operating temperature changes.

可変減衰器の他の例はR・チャトパディア等による19
86年1月発行のプロシーディングRFテ’710ジE
XPO86の第573〜574頁に開示されている。こ
の減衰器は可変抵抗器として個別のPINダイオードを
用いてIMHz〜500MHz帯域の減衰器としている
。RIR2の積は次式のような指数関数である。
Another example of a variable attenuator is by R. Chattopadya et al.19
Proceedings RF Te'710, published in January 1986
XPO86, pages 573-574. This attenuator uses individual PIN diodes as variable resistors to provide an attenuator in the IMHz to 500MHz band. The product of RIR2 is an exponential function as shown in the following equation.

RIR2=に1e (K下IV++Vz)ここで、K1
は定数であり、Tは温度であり、kはポルツマン定数で
ある。この回路は温度に敏感であり、実際にはに1の如
き定数も使用するデバイスによって変化する。更に、ダ
イオードを流れる電流の制御及びバイアスに複雑な能動
及び誘導性DC制御回路が必要である。最後に、この回
路は広いマイクロ波周波数レンジで動作するとは思えな
い。
RIR2=1e (K lower IV++ Vz) where, K1
is a constant, T is temperature, and k is Portzmann's constant. This circuit is temperature sensitive and in practice even a constant such as 1 will vary depending on the device used. Additionally, complex active and inductive DC control circuits are required to control and bias the current through the diode. Finally, this circuit is unlikely to work over a wide microwave frequency range.

ガリウムひ素(GaAs)モノリシックマイクロ波集積
回路(MM I Cs )が最近開発段階から市場に出
始めた。現在市販されているMMICSの大半は一部の
例外を除きゲインブロックである。
Gallium arsenide (GaAs) monolithic microwave integrated circuits (MMICs) have recently entered the market from the development stage. Most of the MMICS currently on the market are gain blocks, with some exceptions.

MMICsの例はL−ラーソン等のProc、1985
  IEEE  GaAs  ICSymp−第19〜
22頁のrGaAs差動増幅器」、J、ボウハウス等の
Proc、  1981  IEEE  GaAsIC
Symp 、ペーパー35の「モノリシック・デュアル
ケートGaAsFETデジタル位相フィルタ」、D、パ
ブリゾイス等の1983  IEEEマイクロ波及びミ
リ波モノリシック回路シンポジュウム第54〜58頁の
「マイクロ波電力増幅器への新規特にモノリシックアプ
ローチ」、Y、アヤスリ等の1984年3月IEEE 
 Trans、 Microwave  Theory
  Tech、 Vol、 MTT−32第290〜2
95頁のr2−20GHz  GaAs進行波電力増幅
器」、及びに、ジョーンズ等のProc、1985  
I EEE  GaAsI CSymp、第137〜1
40頁の「ハーメチック表面実装パッケージにおける1
−10GHzテ一パ分布増幅器」に開示している。付加
的なマイクロ波「ビルディング・ブロック」は未だ市販
されていないが、その主な理由はマイクロ波設計が特定
用途専用であって、汎用でないためである。GaAs 
 MMI Csは広範囲の応用と帯域があるので、標準
機能のMMICSは慎重に選択しなければならない。さ
もなければ、MMICsの数量は回路をモノリシック化
する主要目的の1つである1個当たりの低価格化が実現
できない。
An example of MMICs is L-Larson et al., Proc., 1985.
IEEE GaAs ICSymp-19th~
"rGaAs Differential Amplifier", J. Bouhaus et al., Proc, 1981 IEEE GaAs IC, p.
"Monolithic Dual Cate GaAsFET Digital Phase Filters" in Symp, Paper 35, "A Novel Particularly Monolithic Approach to Microwave Power Amplifiers" in 1983 IEEE Microwave and Millimeter Wave Monolithic Circuits Symposium, pp. 54-58, in D. Publizois et al. March 1984 IEEE of Y., Ayasuri et al.
Trans, Microwave Theory
Tech, Vol, MTT-32 No. 290-2
"R2-20 GHz GaAs Traveling Wave Power Amplifier", p. 95, and Proc of Jones et al., 1985.
I EEE GaAsI CSymp, No. 137-1
“1 in Hermetic Surface Mount Package” on page 40
-10GHz Taper Distributed Amplifier”. Additional microwave "building blocks" are not yet commercially available, primarily because microwave designs are application specific and not general purpose. GaAs
Since MMI Cs have a wide range of applications and bands, standard functional MMICS must be carefully selected. Otherwise, the quantity of MMICs cannot be reduced to achieve low cost per unit, which is one of the main objectives of making circuits monolithic.

それ故に、改良された可変減衰器、特に広いマイクロ波
周波数レンジに渡り、略一定のインピーダンス及び低い
リターンロスを有する無線周波数可変減衰器の必要性が
ある。
Therefore, there is a need for improved variable attenuators, particularly radio frequency variable attenuators that have substantially constant impedance and low return loss over a wide microwave frequency range.

[発明の目的] 従って、本発明の一つの目的は可変FET減衰器の動作
、特にマイクロ波周波数レンジにおける動作を改善する
ことである。
OBJECTS OF THE INVENTION Accordingly, one object of the present invention is to improve the operation of variable FET attenuators, particularly in the microwave frequency range.

本発明の他の目的は可変RF減衰器の温度依存性を最小
にすることである。
Another object of the invention is to minimize the temperature dependence of variable RF attenuators.

本発明の更に他の目的はRF可変減衰器の使用部品のバ
ラツキ依存性を低減することである。
Still another object of the present invention is to reduce the dependence of the RF variable attenuator on variations in the parts used.

本発明の別の目的は広い応用範囲の可変減衰器を経済的
に提供することである。
Another object of the invention is to provide an economical variable attenuator with a wide range of applications.

[発明の概要] 本発明の可変減衰器は、制御ループ内にフィードバック
(帰還)を用いて、制御信号入力により減衰器を変化す
るとき人力/出力リターンロスを自動的に補正する。入
力を希望する減衰値と正しくマツチさせるため、直列及
び並列可変FETを正1いコンダクタンスにセットしな
ければならない。本発明によると、第2、即ち基準減衰
回路が演算増幅器を介して主減衰回路の帰還制御を行う
SUMMARY OF THE INVENTION The variable attenuator of the present invention uses feedback within the control loop to automatically compensate for human power/output return loss when varying the attenuator with a control signal input. In order to properly match the input to the desired attenuation value, the series and parallel variable FETs must be set to positive conductance. According to the invention, the second or reference attenuation circuit provides feedback control of the main attenuation circuit via an operational amplifier.

この基準回路は特性インピーダンスにおいて減衰回路と
電気的に等価となるように設計されている。
This reference circuit is designed to be electrically equivalent to the attenuation circuit in terms of characteristic impedance.

制御ノードと減衰制御入/出力は演算増幅器を形成し、
並列接続されて基準及び主減衰回路が同様に動作するよ
うにしている。この構成により、減衰回路から帰還ルー
プのRFデカップリングを行う必要性を排除する。もし
RFカップリングがあれば、減衰器のSパラメータを変
化させて、好ましくない結果をもたらす事となる。
The control node and the attenuation control input/output form an operational amplifier,
The reference and main attenuation circuits are connected in parallel so that they operate similarly. This configuration eliminates the need for RF decoupling of the feedback loop from the attenuation circuit. If there is RF coupling, it will change the attenuator's S-parameters with undesirable results.

主減衰回路と同じ回路を基準回路に使用するのが好まし
い。これら両回路は演算増幅器と共に同じモノリシック
集積回路(IC)基板に製造すると高い精度のマツチン
グが得られる。本発明はブリッジT型可変減衰器を用い
る減衰器に適するが、対称T型又は対称π型可変FET
減衰回路にしても良い。このように構成した可変減衰器
は優れた温度補償及び基準及び主減衰回路の双方の並列
FETのゲート電圧を自動バイアスすることができる。
Preferably, the same circuit as the main attenuation circuit is used for the reference circuit. High precision matching is achieved when both of these circuits are fabricated on the same monolithic integrated circuit (IC) substrate along with the operational amplifier. The present invention is suitable for an attenuator using a bridge T-type variable attenuator, but a symmetric T-type or a symmetric π-type variable FET is suitable.
It may also be an attenuation circuit. A variable attenuator constructed in this manner provides excellent temperature compensation and automatic biasing of the gate voltages of the parallel FETs in both the reference and main attenuation circuits.

好適実施例では、広帯域モノリシックGaAsブリッジ
T型可変減衰器を同様な基準回路と組み合わせて、特性
インピーダンスで終端し、しかも約100MHzの安定
帯域を有するオンチップGaAsを用いて上述の如く構
成し、1−10GHzの帯域に渡って内部入/出力リタ
ーンロスを最適化することができる。
In a preferred embodiment, a wideband monolithic GaAs bridge-T variable attenuator is constructed as described above using on-chip GaAs with a characteristic impedance termination, but with a stability band of about 100 MHz, in combination with a similar reference circuit; Internal input/output return loss can be optimized over the -10 GHz band.

[実施例] (FET可変減衰器の説明) 本発明の説明に先立って、一般的なFET可変減衰器に
ついて簡単に説明する。線形動作しているFETのチャ
ンネル抵抗はゲート・ソース間電圧vgsに依存してお
り略1/Gm5atで決まる。ここで、G m5atは
飽和領域における相互コンダクタンスである。ドレイン
電流Idsとドレイン電圧vds間の関係は次式で与え
られる。
[Example] (Description of FET variable attenuator) Prior to explaining the present invention, a general FET variable attenuator will be briefly explained. The channel resistance of a linearly operated FET depends on the gate-source voltage vgs and is determined by approximately 1/Gm5at. Here, G m5at is the mutual conductance in the saturation region. The relationship between drain current Ids and drain voltage Vds is given by the following equation.

Ids=2β0 (Vgs −vp) Vd5W/L′
、Gm5atvds・・・・・・ (3)ここで、Wと
Lとは夫々FETのゲート幅と長さであり、Vpはピン
チオフ電圧である。GaAsFETでは、相互コンダク
タンスパラメータβOは略μes/2aで与えられ、こ
こでμはチャンネル電子の移動度であり、esはGaA
sの誘電率であり、aはチャンネル厚データある。(3
)式からチャンネル抵抗 Vds/ I dsはGaA
sのプロセスに関するβO及びVpに依存することが判
る。
Ids=2β0 (Vgs -vp) Vd5W/L'
, Gm5atvds... (3) Here, W and L are the gate width and length of the FET, respectively, and Vp is the pinch-off voltage. For GaAsFETs, the transconductance parameter βO is given approximately by μes/2a, where μ is the channel electron mobility and es is the GaAsFET.
s is the dielectric constant, and a is the channel thickness data. (3
), channel resistance Vds/I ds is GaA
It can be seen that it depends on βO and Vp for the process of s.

次の作業は直列及び並列チャンネル抵抗の積を制御して
正しい減衰動作をさせることである。
The next task is to control the product of the series and parallel channel resistances to achieve the correct attenuation behavior.

等しい特性のFETの場合に、あらゆる減衰度において
正しいリターンロスを維持するには、第7A図のGaA
s  FETに印加する電圧、即ち直列及び並列ゲート
電圧Vgsl及びVgs2間に次の関係が要求される。
To maintain the correct return loss at any degree of attenuation for FETs with equal characteristics, the GaA
The following relationship is required between the voltages applied to the s FETs, ie the series and parallel gate voltages Vgsl and Vgs2.

列及び並列FETの減衰度は次式で与えられる。The attenuation of the column and parallel FETs is given by:

バラツキに関係なく、減衰を変化したときの入/出力リ
ターンロスの制御に帰還が使用できる。
Feedback can be used to control input/output return loss when varying attenuation, regardless of variation.

次に、第1図に示す本発明の好適実施例に基づき説明す
る。同図はブリッジT型減衰器セル10、基準減衰セル
12及び演算増幅器14の組合わせである。(制御入力
用の入力保護及びレベルシフト回路は図示していない。
Next, a description will be given based on a preferred embodiment of the present invention shown in FIG. The figure shows a combination of a bridge T-type attenuator cell 10, a reference attenuation cell 12, and an operational amplifier 14. (Input protection and level shifting circuits for control inputs are not shown.

)この回路のRF大入力び出力信号に対するインピーダ
ンスは例えば50Ωになるように、減衰セルの並列FE
Tのゲート電圧を直列FETのゲートデータ電圧変化に
応じて調整する。
) The parallel FE of the attenuation cell is arranged so that the impedance for the RF input and output signals of this circuit is, for example, 50Ω.
The gate voltage of T is adjusted according to the gate data voltage change of the series FET.

この回路は減衰信号入力端16を有する。この入力端1
6は減衰セル10の抵抗18を介して直列FET20の
ゲートに結合している。直列FET20のソース及びド
レインは直列コンデンサ26及び28を介してRF入/
出力端子22−24に対称に接続される。これらのコン
デンサはDC阻止用であり、この回路は図示せずも適当
なレベルシフトを行って単一電源で動作することが出来
るようにする。周波数帯域を低周波数まで拡張するには
、これらコンデンサを除いても良い。直列FET20の
ソース及びドレインから夫々並列FET34のドレイン
に1対の50Ωの抵抗3〇−32を接続する。並列FE
T34のソースは接地又は適当な基準電圧源(以下接地
と言う)に接続する。この実施例の減衰セル10は50
Ωの同じ入/出力インピーダンスを有する。並列FET
34のゲートは抵抗36を介して制御信号線38に接続
している。後述する如く、制御信号は信号線38を介し
て並列FET34のゲートに印加して、そのコンダクタ
ンスを減衰器制御信号の変化に応じて制御する。抵抗1
8及び36はFET20及び34のRF減衰用であり、
この減衰回路の動作にそれ以外の顕著な作用はない。
This circuit has an attenuated signal input 16. This input terminal 1
6 is coupled to the gate of series FET 20 via resistor 18 of damping cell 10. The source and drain of series FET 20 are connected to the RF input/drain via series capacitors 26 and 28.
It is symmetrically connected to output terminals 22-24. These capacitors are for DC blocking, and the circuit performs appropriate level shifting (not shown) to enable operation with a single power supply. To extend the frequency band to low frequencies, these capacitors may be removed. A pair of 50Ω resistors 30-32 are connected from the source and drain of series FET 20 to the drain of parallel FET 34, respectively. Parallel FE
The source of T34 is connected to ground or a suitable reference voltage source (hereinafter referred to as ground). The attenuation cell 10 in this example has 50
have the same input/output impedance of Ω. parallel FET
The gate of 34 is connected to a control signal line 38 via a resistor 36. As discussed below, a control signal is applied via signal line 38 to the gate of parallel FET 34 to control its conductance in response to changes in the attenuator control signal. resistance 1
8 and 36 are for RF attenuation of FETs 20 and 34,
There is no other significant effect on the operation of this attenuation circuit.

基準(減衰)セル12は、可変減衰セル10と好ましく
は同じ人力/出力性インピーダンスを有し、電気的に等
価であるように構成されている。
Reference (attenuation) cell 12 preferably has the same manpower/power impedance as variable attenuation cell 10 and is configured to be electrically equivalent.

理想的にはこの基準減衰回路12は主減衰器と同じ構成
であり、使用部品のパラメータも同じである。その直列
FET40のゲートは制御信号入力端16に接続され、
ソース及びドレインは夫々ノード42及び44に接続し
ている。1対の50Ω抵抗50−52を夫々直列FET
40のソースノード42とドレインノード44及び並列
FET54間に接続している。FET54のソースは接
地するか適当な基準電圧源に接続し、そのゲートは制御
線38に接続する。直列FET40のソースはノード4
2と接地間に接続した5oΩの抵抗56により終端する
Ideally, this reference attenuation circuit 12 has the same configuration as the main attenuator, and the parameters of the parts used are also the same. The gate of the series FET 40 is connected to the control signal input terminal 16,
The source and drain are connected to nodes 42 and 44, respectively. A pair of 50Ω resistors 50-52 are connected in series to each FET.
40 source node 42 and drain node 44 and parallel FET 54. The source of FET 54 is connected to ground or a suitable reference voltage source, and its gate is connected to control line 38. The source of series FET 40 is node 4
It is terminated by a 50Ω resistor 56 connected between 2 and ground.

演算増幅器14は差動−シングルエンド変換型の増幅器
であり、その正電圧入力はノード44に接続し、負電圧
入力はノード46に接続される。
Operational amplifier 14 is a differential-to-single-ended conversion type amplifier, and its positive voltage input is connected to node 44 and its negative voltage input is connected to node 46.

電圧源VDD62が同じ抵抗64−66を介して各ノー
ド44−46に接続される。更に、ノード46は50Ω
の抵抗68を介して接地してノード46の基準電圧を定
める。これは又増幅器60を介してブリッジT減衰器基
準セル12を終端する作用もある。増幅器60は電圧源
VDDへの導線72及び負電源−Vssへの導線72か
ら動作電力を受ける。
A voltage source VDD 62 is connected to each node 44-46 through the same resistor 64-66. Additionally, node 46 is 50Ω
The reference voltage of node 46 is determined by grounding through resistor 68 of node 46 . It also serves to terminate the bridge T attenuator reference cell 12 via amplifier 60. Amplifier 60 receives operating power from a lead 72 to voltage source VDD and a lead 72 to negative power supply -Vss.

第2図は第1図の減衰器設計に使用するGaAs演算増
幅器60の回路図を示す。この増幅器60は米国特許第
4616189号に開示する如く、コモンモードバイア
ス回路76を有する入力差動増幅対74.1対の差動レ
ベルシフト段78、差動−シングルエンド変換段(DS
E)80及び出力段82を有し、約50dBのオープン
ループ利得を有する。DSE段80は一般にNMO3設
計に使用し、最近GaAsディプレーションモード技術
が確立された。高周波数特性がこの増幅器の目標ではな
いので、充分なポール補償により帯域を100MH2以
下に制限して安定度を高めている。
FIG. 2 shows a circuit diagram of a GaAs operational amplifier 60 used in the attenuator design of FIG. The amplifier 60 includes an input differential amplifier pair 74.1 having a common mode bias circuit 76, a differential level shift stage 78, a differential-to-single-ended conversion stage (DS
E) 80 and output stage 82 and has an open loop gain of approximately 50 dB. DSE stage 80 is commonly used in NMO3 designs, where GaAs depletion mode technology has recently been established. Since high frequency characteristics are not the goal of this amplifier, sufficient pole compensation limits the band to 100 MH2 or less to improve stability.

この増幅器60は出力導線38に制御信号を出力する。This amplifier 60 outputs a control signal on output lead 38.

その制御信号はノード44の基準出力信号により変化し
、更に制御端子16に印加した減衰制御信号により変化
する。出力線38の制御信号は並列FET54のゲート
に帰還されて基準回路動作を制御し、更に抵抗36を介
して並列FET34のゲートにも印加する。この演算増
幅器60は基準セル12の並列FET54のコンダクタ
ンスがノード44及び46の電圧を等しくするように動
作する。その結果、ノード44のインピーダンスをノー
ド46のそれと等しくする。同じ制御信号がFET34
にも印加されるので、減衰セル10を基準セル12と同
様に動作させる。即ち、FET34のコンダクタンスを
制御して、FET20のソースとドレインからFET3
4と接地間の電圧が7−ド44及び46の電圧と等しく
する。
The control signal is varied by the reference output signal at node 44 and further varied by the attenuation control signal applied to control terminal 16. The control signal on output line 38 is fed back to the gate of parallel FET 54 to control reference circuit operation, and is also applied to the gate of parallel FET 34 via resistor 36. The operational amplifier 60 operates such that the conductance of the parallel FET 54 of the reference cell 12 equalizes the voltages at nodes 44 and 46. As a result, the impedance of node 44 is made equal to that of node 46. The same control signal is sent to FET34
is also applied, causing the attenuation cell 10 to operate in the same manner as the reference cell 12. That is, by controlling the conductance of FET 34, the conductance of FET 34 is
4 and ground is equal to the voltage at 7- nodes 44 and 46.

第1図の回路において、両セル10−12の特性インピ
ーダンスを減衰度の変化に拘らず等しくする。
In the circuit of FIG. 1, the characteristic impedances of both cells 10-12 are made equal regardless of changes in attenuation.

基準セルのDCパラメータ帰還を用いてRF減衰セル1
0を制御する概念は、最初に2個のGaAsFETブリ
ッジT減衰器と741型演算増幅器を用いて確認した。
RF attenuation cell 1 using DC parameter feedback of reference cell
The concept of controlling zero was first validated using two GaAs FET bridge T attenuators and a 741 operational amplifier.

次に、この概念は減衰セル10、基準セル12及び演算
増幅器14を単一のGaAsチップ上に形成してモノリ
シックレベルで実施した。このGaAs集積回路は高歩
留まりの1μmイオン注入技法を用い、安定な終端には
NiCr抵抗を用い、バイパス及びデカップリング用コ
ンデンサにはMIMコンデンサを用いた。次に、この回
路を米国特許第4668920号に開示の如く、気密の
表面取り付はパッケージに取り付ける。DCパラメータ
を使用するには基準減衰セルに充分な電圧を印加し、演
算増幅器が検出可能な信号レベルを得る事を要するが、
FETが線形動作領域を逸脱しない値でなければならな
い。この設計では、FETのソース及びドレイン電圧は
2QQmV未満にして、適当なレベルシフト回路を用い
て単一の9−15V電源で動作するのが好ましい。
This concept was then implemented at a monolithic level with attenuation cell 10, reference cell 12, and operational amplifier 14 formed on a single GaAs chip. The GaAs integrated circuit used high-yield 1 μm ion implantation techniques, NiCr resistors for stable termination, and MIM capacitors for bypass and decoupling capacitors. This circuit is then mounted in a hermetic surface mount package as disclosed in U.S. Pat. No. 4,668,920. Using DC parameters requires applying sufficient voltage to the reference attenuation cell to obtain a signal level that the operational amplifier can detect.
The value must be such that the FET does not depart from the linear operating region. In this design, the source and drain voltages of the FETs are preferably less than 2QQmV and are preferably operated from a single 9-15V power supply using appropriate level shifting circuitry.

直列及び並列素子としてFETを使用する際に考慮すべ
き点が幾つかある。FETのゲート幅を充分大きく選択
して、最低減衰状態で挿入損失が小さく、しかし並列の
ドレインソース間容量Cdsが制限できる大きさに選択
し、その結果、最大減衰状態における高周波におけるア
イソレーションが充分になるようにする。そこで、直列
及び並列ゲート幅を300μmに選択した。最大減衰は
直列FETのCdsに最も依存するので、櫛歯型素子構
造における相互接続寄生により生じる付加的なソースド
レイン間容量を低減するため、素子のゲート櫛歯数を最
少にした。広いゲート櫛歯の金属抵抗による損失は減衰
器のRF動作を左右しない。
There are several considerations when using FETs as series and parallel devices. The gate width of the FET is selected to be sufficiently large so that the insertion loss is small in the lowest attenuation state, but the parallel drain-source capacitance Cds is limited, and as a result, there is sufficient isolation at high frequencies in the maximum attenuation state. Make it so. Therefore, the series and parallel gate widths were selected to be 300 μm. Since the maximum attenuation is most dependent on the Cds of the series FET, the number of gate combs in the device was minimized to reduce the additional source-drain capacitance caused by interconnect parasitics in the comb device structure. Losses due to the metal resistance of the wide gate comb do not affect the RF operation of the attenuator.

第3図はパッケージ済みの減衰器の伝送特性を示す。こ
こに示す5本の特性曲線は夫々異なる5つの信号レベル
に対応する。ここに示す電圧は単一電源で減衰器を動作
させるためにレベルシフトした。最低減衰の利得傾斜は
パッケージによる表皮効果損とグイ端部からRF減衰セ
ルまでのGaAs上のマイクロストリップ構造の損を合
成したものにより生じる。最低減衰はIGHzで3.5
dBであり、10GHzでは5dBに増加する。
FIG. 3 shows the transmission characteristics of the packaged attenuator. The five characteristic curves shown here correspond to five different signal levels. The voltages shown here were level shifted to operate the attenuator from a single supply. The lowest attenuation gain slope is caused by the combination of skin effect losses due to the package and losses of the microstrip structure on GaAs from the gouer end to the RF attenuation cell. Minimum attenuation is 3.5 at IGHz
dB, increasing to 5 dB at 10 GHz.

この設計にあって、両FETのゲートソース間電圧Vg
sは決して正になってはならない。もしVgsが順導通
点近くの正にされると、最低減衰は約1dB改善される
。直列FETのCdsの最大減衰に及ぼす効果は、高周
波数で目に見えて増加する。
In this design, the gate-source voltage Vg of both FETs
s must never be positive. If Vgs is made positive near the point of forward conduction, the minimum attenuation is improved by about 1 dB. The effect on the maximum attenuation of the series FET Cds increases visibly at high frequencies.

減衰範囲はIGHzで17dBであり、10GHzでは
10dBに減少する。
The attenuation range is 17 dB at IGHz, decreasing to 10 dB at 10 GHz.

第4図はオンチップ補正回路を用いる場合の、パッケー
ジした減衰器のリターンロスを周波数の関数で示す。リ
ターンロスは1〜10GHzの帯域内で12dBを超す
。このことは、減衰を変化するとき第1図の回路は入/
出力リターンロスを最適化することを示している。パッ
ケージした減衰器の入/出力電圧定在波比(VSWR)
は1〜10GHzの範囲に渡り1.7:1よりも優れて
いる。
FIG. 4 shows the return loss of a packaged attenuator as a function of frequency when using an on-chip correction circuit. Return loss exceeds 12 dB within the 1-10 GHz band. This means that when changing the attenuation, the circuit of Figure 1
It is shown that the output return loss is optimized. Packaged attenuator input/output voltage standing wave ratio (VSWR)
is better than 1.7:1 over the 1-10 GHz range.

[変形変更] 上述のとおり、本発明の好適実施例ではブリッジT型減
衰回路及び基準回路を使用している。しかし、本発明は
かかる実施例に限定すべきではなく、本発明の要旨を逸
脱する事なく種々の変形変更が可能である。
Variations As mentioned above, the preferred embodiment of the present invention uses a bridge T-type attenuation circuit and a reference circuit. However, the present invention should not be limited to such embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明は第5図に示す如く対称T型回路を用いて実施す
ることも可能である。一般的な回路構成は第1図の減衰
器と同様であり、減衰セルIOA。
The invention can also be implemented using a symmetrical T-shaped circuit as shown in FIG. The general circuit configuration is similar to that of the attenuator shown in FIG. 1, and includes an attenuation cell IOA.

基準セル12A及び演算増幅器14Aを含んでいる。直
列FETとして2個の直列接続したFET20Aを用い
、ソース・ドレインをRF  l1022A−24A間
に接続する。各FETのゲートはRFアイソレーション
抵抗18Aを介して減衰制御入力端16に接続する。並
列FET34Aは2個の直列FET20Aの接続点と接
地間に夫々接続されたドレイン及びソースを有する。基
準セル12Aについても同様であり、2個の直列FET
40Aと並列FET54Aを有する。演算増幅器60の
出力38は抵抗36Aを介してFET34Aのゲートに
接続すると共にFET54Aのゲートにも接続している
。更に他の実施例として対称π型可変減衰器の例を第6
図に示す。この回路では、減衰セルIOB及び基準セル
12B共に1個の直列FET2OB及び40Bと2個の
並列FET34B及び54Bを用いて対称π型回路構成
にしている。演算増幅器60の出力38は抵抗36Bを
介して両FET34Bのゲートに接続すると共に並列F
ET54Bのゲートにも接続する。
It includes a reference cell 12A and an operational amplifier 14A. Two series-connected FETs 20A are used as series FETs, and the source and drain are connected between RF 11022A and 24A. The gate of each FET is connected to the attenuation control input 16 via an RF isolation resistor 18A. The parallel FET 34A has a drain and a source respectively connected between the connection point of the two series FETs 20A and ground. The same goes for the reference cell 12A, which includes two series FETs.
40A and a parallel FET 54A. Output 38 of operational amplifier 60 is connected to the gate of FET 34A via resistor 36A and also to the gate of FET 54A. Furthermore, as another example, an example of a symmetric π-type variable attenuator is shown in the sixth example.
As shown in the figure. In this circuit, both the attenuation cell IOB and the reference cell 12B have a symmetric π-type circuit configuration using one series FET 2OB and 40B and two parallel FETs 34B and 54B. The output 38 of the operational amplifier 60 is connected to the gates of both FETs 34B via a resistor 36B and connected to the parallel FET 34B.
Also connect to the gate of ET54B.

これら他の各実施例も減衰器のRF  Iloと接地間
の特性インピーダンスを基準減衰セル12Bのノード4
6と接地間のインピーダンスZOで決まる一定値に゛維
持する。
In each of these other embodiments, the characteristic impedance between the RF Ilo of the attenuator and the ground is the reference node 4 of the attenuation cell 12B.
It is maintained at a constant value determined by the impedance ZO between 6 and ground.

第1図に示した回路パラメータは第3及び4図に示した
試験結果を得る特定の例である。このパラメータは用途
に応じて自由に変更可能であること勿論である。上述の
とおり、減衰セルと基準セル間の電気的等化性は、同じ
特性インピーダンスを得ると共に各セルの回路を等しく
するのに好ましい。両セル間のFET幅と特性インピー
ダンスを適当にスケーリングすることによっても等化性
が得られる。例えば、第1図において50Ωの抵抗は1
00Ωの抵抗であり、基準セル12のFETの幅を15
0μmとしても良い。
The circuit parameters shown in FIG. 1 are specific examples that yield the test results shown in FIGS. 3 and 4. Of course, this parameter can be freely changed depending on the application. As mentioned above, electrical equalization between the attenuation cell and the reference cell is preferred to obtain the same characteristic impedance and equalize the circuitry of each cell. Equalization can also be achieved by appropriately scaling the FET width and characteristic impedance between both cells. For example, in Figure 1, the resistance of 50Ω is 1
00Ω resistance, and the width of the FET of reference cell 12 is 15
It may be set to 0 μm.

減衰セル1oの制御に基準セル12のDCパラメータ帰
還を使用する概念は演算増幅器60の出力を並列FET
のゲートへの制御に使用する場合に何ら限定されない。
The concept of using the DC parameter feedback of the reference cell 12 to control the attenuation cell 1o is to connect the output of the operational amplifier 60 to a parallel FET.
It is not limited to the case where it is used to control a gate.

もし減衰器制御信号が並列FETのゲートに印加される
場合には、同じ原理を直列FETのゲート制御に使用し
得ること当業者には容易に理解できよう。
Those skilled in the art will readily understand that the same principles can be used to gate the series FETs if the attenuator control signal is applied to the gates of the parallel FETs.

[発明の効果] 上述の説明から明らかなとおり、本発明の可変減衰器に
よると、少なくとも2個のFETを夫々直列及び並列信
号路に挿入し、ゲート電圧を制御して減衰量を連続又は
階段状に変化するに際し、同じ制御信号が印加される同
様の基準セルを用い、その出力を減衰器に帰還すること
により減衰器の減衰量の変化に拘らず特性インピーダン
スを常に一定に維持出来るので、1〜10GHz以上の
広いレンジに渡り特性の安定した減衰器が得られると言
う顕著な効果がある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the variable attenuator of the present invention, at least two FETs are inserted into the series and parallel signal paths, respectively, and the attenuation amount is made continuous or stepwise by controlling the gate voltage. By using a similar reference cell to which the same control signal is applied and feeding its output back to the attenuator, the characteristic impedance can be maintained constant regardless of changes in the attenuation amount of the attenuator. A remarkable effect is that an attenuator with stable characteristics can be obtained over a wide range of 1 to 10 GHz or more.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による可変減衰器の好適一実施例の回路
図、第2図は第1図に使用する演算増幅器の回路例、第
3及び4図は第1図の可変減衰器の電気的特性の測定結
果、第5及び6図は本発明の可変減衰器の他の実施例の
回路図、第7A及び7B図は従来の固定及び可変減衰器
の原理図を示す。 図中、10は減衰セル、12は基準セル、14は帰還回
路、16は減衰制御入力端、22.24は減衰器入/出
力端である。 特許出願人:ソニー・テクトロニクス株式会社S21 
     LOG MAG Sll      LOG MAG STOP  11.000000000 GHzFIG
、 5 FIG、 6
FIG. 1 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the variable attenuator according to the present invention, FIG. 2 is a circuit example of the operational amplifier used in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are electrical diagrams of the variable attenuator of FIG. Figures 5 and 6 are circuit diagrams of other embodiments of the variable attenuator of the present invention, and Figures 7A and 7B are principle diagrams of conventional fixed and variable attenuators. In the figure, 10 is an attenuation cell, 12 is a reference cell, 14 is a feedback circuit, 16 is an attenuation control input terminal, and 22.24 is an attenuator input/output terminal. Patent applicant: Sony Tektronix Corporation S21
LOG MAG Sll LOG MAG STOP 11.000000000 GHzFIG
, 5 FIG. 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 夫々少なくとも1個の直列FET及び並列FETを含む
略同様構成の減衰セルと基準セル、該両セルの上記直列
又は並列FETのゲートに同じ減衰制御信号を印加する
制御端及び上記基準セルの出力を上記両セルの上記並列
又は直列FETのゲートに帰還する帰還回路を具える事
を特徴とする可変減衰器。
An attenuation cell and a reference cell having substantially similar configurations each including at least one series FET and one parallel FET, a control terminal that applies the same attenuation control signal to the gates of the series or parallel FETs of both cells, and an output of the reference cell. A variable attenuator comprising a feedback circuit that feeds back to the gates of the parallel or series FETs of both cells.
JP12319688A 1987-05-29 1988-05-20 Variable attenuator Granted JPS63301610A (en)

Applications Claiming Priority (2)

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US5566487A 1987-05-29 1987-05-29
US55664 1987-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63301610A true JPS63301610A (en) 1988-12-08
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897677A (en) * 1994-09-28 1996-04-12 N Ii C Cable Media Kk Variable resistance attenuator circuit
JP2006527545A (en) * 2003-06-06 2006-11-30 サイエンティフィック−アトランタ, インコーポレイテッド Optical receiver with open loop automatic gain control circuit
JP2006340097A (en) * 2005-06-02 2006-12-14 Rf Chips Technology Inc Amplifier circuit with gain control circuit and gain control function
CN104883154A (en) * 2015-05-26 2015-09-02 孙景春 Attenuator circuit structure

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