RU2642538C1 - Integrated attenuator - Google Patents

Integrated attenuator Download PDF

Info

Publication number
RU2642538C1
RU2642538C1 RU2016142914A RU2016142914A RU2642538C1 RU 2642538 C1 RU2642538 C1 RU 2642538C1 RU 2016142914 A RU2016142914 A RU 2016142914A RU 2016142914 A RU2016142914 A RU 2016142914A RU 2642538 C1 RU2642538 C1 RU 2642538C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
links
type
nitride
oxide
metal
Prior art date
Application number
RU2016142914A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Валериевич Репин
Игорь Игоревич Мухин
Герман Владимирович Алексеев
Максим Геннадьевич Дроздецкий
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2016142914A priority Critical patent/RU2642538C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2642538C1 publication Critical patent/RU2642538C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/22Attenuating devices

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: integrated attenuator contains a differential signal generator, links consisting of parallel controlled metal-nitride-oxide-semiconductor transistor of n and p type, a control unit and a load, in addition, a non-inverting pair of links consisting of n-type and p-type metal-nitride-oxide-semiconductor transistor is connected to the differential signal generator and the load directly, and an inverting pair of links consisting of metal-nitride-oxide-semiconductor transistor of n- and p-type is connected to the differential signal generator and the load crosswise; where the resistance of the metal-nitride-oxide-semiconductor transistors entering the links is controlled by the control unit, while the resistance of one pair of metal-nitride-oxide-semiconductor transistor links increases and the other drops.
EFFECT: providing the possibility of expanding the functionality of attenuators made with CMOS technology, reducing losses in direct signal passage, increasing the dynamic range, expanding the bandwidth of operating frequencies, reducing phase distortions when switching attenuation levels.
2 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке полупроводниковых КМОП (комплементарных металл-окисел-полупроводник) микросхем для создания схем дифференциальных радиочастотных и СВЧ (сверхвысокочастотных) аттенюаторов с широкой полосой частот, требуемым шагом ослабления, малыми фазовыми искажениями и повышенным уровнем линейности сигнала.The invention relates to electronic equipment and can be used in the development of semiconductor CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) circuits for creating differential radio frequency and microwave (microwave) attenuators with a wide frequency band, the required attenuation step, low phase distortion and an increased level of signal linearity.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Аттенюаторы СВЧ, выполненные на основе полупроводниковых приборов, широко используются в технике СВЧ, особенно многоразрядные аттенюаторы СВЧ с дискретным изменением затухания, которые представляют собой каскадное соединение нескольких разрядов, каждый из которых представляет собой П- или Т-образное соединение резисторов, замыкаемых ключами в соответствии с поданным цифровым кодом.Microwave attenuators made on the basis of semiconductor devices are widely used in microwave technology, especially multi-bit microwave attenuators with discrete attenuation, which are a cascade connection of several discharges, each of which is a P- or T-shaped connection of resistors, which are closed by keys in accordance with with the submitted digital code.

Из уровня техники известны также способы построения аналоговых электронных аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии. Аналоговый аттенюатор - это электронное устройство, позволяющее ослаблять входной сигнал по непрерывному закону.The prior art also knows methods for constructing analog electronic attenuators made by CMOS technology. An analog attenuator is an electronic device that allows you to attenuate the input signal according to a continuous law.

Известен аналоговый аттенюатор, построенный на основе схемы истокового повторителя [1]. В схеме стоки двух полевых МОП транзисторов p-типа подключены на землю, а истоки подключены к источнику тока. На затвор первого транзистора подается входной сигнал (Vin), на затвор второго подается постоянное напряжение, управляющее величиной ослабления (Vbias). Выход снимается со стоков МОП транзисторов.Known analog attenuator, built on the basis of the source repeater circuit [1]. In the circuit, the drains of two p-type MOSFETs are connected to ground, and the sources are connected to a current source. An input signal (Vin) is supplied to the gate of the first transistor, and a constant voltage is applied to the gate of the second transistor, which controls the amount of attenuation (Vbias). The output is removed from the drains of MOS transistors.

Принцип работы указанного аналогового аттенюатора состоит в том, что изменение сопротивления второго транзистора приводит к изменению коэффициента передачи схемы.The principle of operation of the specified analog attenuator is that a change in the resistance of the second transistor leads to a change in the transfer coefficient of the circuit.

Известен источник [2], в котором представлен дифференциальный вариант аналогового аттенюатора на основе истокового повторителя. По сравнению с однополярным аттенюатором в дифференциальном напряжение на затворы управляющих транзисторов подается через RC-фильтр. При этом управляющий сигнал с неинвертирующего входа подается на транзистор, регулирующий величину ослабления сигнала с инвертированного входа. Такое включение позволяет подавлять синфазную составляющую входного сигнала.A well-known source [2], which presents a differential version of an analog attenuator based on a source follower. Compared to a unipolar attenuator in differential voltage, the gates of the control transistors are fed through an RC filter. In this case, the control signal from the non-inverting input is supplied to the transistor, which controls the amount of attenuation of the signal from the inverted input. This inclusion allows you to suppress the common mode component of the input signal.

Известные аттенюаторы обладают следующими недостатками: узкий диапазон рабочих частот, узкий динамический диапазон, сложность построения и большие потери многоразрядных аттенюаторов ввиду использования фиксированного управляющего напряжения.Known attenuators have the following disadvantages: a narrow range of operating frequencies, a narrow dynamic range, complexity of construction and large losses of multi-bit attenuators due to the use of a fixed control voltage.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии, снижение потерь при прямом прохождении сигнала, увеличение динамического диапазона, расширение полосы рабочих частот, уменьшение фазовых искажений при переключении уровня аттенюации.The technical result to which the claimed invention is directed is to expand the functionality of attenuators made according to CMOS technology, reduce losses during direct signal passage, increase the dynamic range, expand the operating frequency band, decrease phase distortion when switching the attenuation level.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленный интегральный аттенюатор содержит генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p- типа, блок управления и нагрузку, кроме того, неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p- типа, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed integral attenuator contains a differential signal generator, links consisting of parallel connected MOSFETs of n- and p-type, a control unit and a load, in addition, a non-inverting pair of links consisting of MOSFETs of n- and p-type is connected to the differential signal generator and the load directly, and an inverting pair of links consisting of MOSFETs of n- and p-type is connected to the differential signal generator and the load godmother; where the resistance of the MOS transistors included in the links is adjusted by the control unit, while the resistance of one pair of MOS transistor links increases and the other falls.

При построении переключателя используются дифференциальные мостовые схемы построения, которые позволяют, во-первых, уменьшить влияние паразитных индуктивностей, связанных с общей шиной и, во-вторых, используя эффект компенсации (уменьшение сигнала за счет сложения с сигналом противоположной полярности), обеспечить ослабление сигнала без использования каскадного соединения аттенюаторов с фиксированной величиной ослабления. Для увеличения динамического диапазона используется параллельное включение МОП транзисторов n- и p-типов. Цифровое управление предложенным аттенюатором может быть обеспечено за счет блока управления, преобразующего цифровые коды в требуемые значения напряжений смещения транзисторов.When constructing the switch, differential bridge building circuits are used, which allow, firstly, to reduce the influence of stray inductances connected to the common bus and, secondly, using the compensation effect (signal reduction due to addition to the signal of opposite polarity), to ensure signal attenuation without the use of cascading attenuators with a fixed amount of attenuation. To increase the dynamic range, parallel connection of MOS transistors of n- and p-types is used. Digital control of the proposed attenuator can be provided by a control unit that converts digital codes to the required values of the bias voltages of the transistors.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема аттенюатора, выполненного на МОП структурах, где:The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a block diagram of an attenuator made on MOS structures, where:

1 - генератор дифференциального сигнала;1 - differential signal generator;

2, 3, 4, 5 - звенья, состоящие из параллельного соединения МОП транзисторов n- и p-типа;2, 3, 4, 5 - links consisting of a parallel connection of MOSFETs of n- and p-type;

6 - нагрузка;6 - load;

7 - блок управления.7 - control unit.

Блок управления преобразует внешние сигналы управления в требуемые уровни смещения. Параллельное соединение в каждом звене МОП транзисторов n- и p-типа обеспечивает лучшую линейность передачи сигнала по сравнению с использованием транзисторов одного типа. При равенстве сопротивлений проходных звеньев 2 и 5 сопротивлениям компенсирующих звеньев 3 и 4 происходит максимальное ослабление сигнала. При максимальном открывании транзисторов проходных звеньев, т.е. минимальном сопротивлении проходных звеньев и соответствующем увеличении сопротивления компенсирующих звеньев обеспечивается прямое прохождение сигнала с минимальными потерями. При правильном выборе комплексных импедансов звеньев, когда импеданс звеньев 2 и 5 растет пропорционально уменьшению импеданса звеньев 3 и 4, обеспечивается согласование с источником сигнала во всем диапазоне регулировки коэффициента передачи.The control unit converts the external control signals to the required offset levels. The parallel connection of n- and p-type transistors at each MOS link provides better signal transmission linearity compared to using the same type of transistors. When the resistance of the through links 2 and 5 is equal to the resistance of the compensating links 3 and 4, the signal is attenuated to the maximum. With the maximum opening of the transistors of the through links, i.e. the minimum resistance of the connecting links and the corresponding increase in the resistance of the compensating links provides direct signal passage with minimal losses. With the correct choice of complex impedances of links, when the impedance of links 2 and 5 increases in proportion to the decrease in impedance of links 3 and 4, matching with the signal source is ensured over the entire range of adjustment of the transmission coefficient.

Управление величиной сопротивления МОП транзисторов помимо подачи непрерывных значений на управляющие выводы может осуществляться и цифровым способом, при этом транзисторы с каналом n-типа управляются сигналами от блока цифрового управления: an1, an2, bn1, bn2, а МОП транзисторы p-типа сигналами: ap1, ар2, bp1, bp2 соответственно.In addition to supplying continuous values to the control terminals, the resistance value of MOS transistors can also be controlled digitally, while transistors with an n-type channel are controlled by signals from the digital control unit: an1, an2, bn1, bn2, and MOS transistors are p-type signals: ap1 , ap2, bp1, bp2, respectively.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

В блок-схеме, представленной на фиг. 1, сигнал от генератора дифференциального сигнала 1 поступает на звенья 2-5, которые управляются от блока управления 7 таким образом, что при открывании МОП транзисторов в звеньях 2 и 5 МОП транзисторы в звеньях 3 и 4 закрываются. При одинаковом сопротивлении всех звеньев сигнал на нагрузке 6 будет минимальный, и наоборот, при минимальном сопротивлении звеньев 2 и 5 и максимальном сопротивлении звеньев 3 и 4 потери сигнала на выходе будут наименьшими. Таким образом, изменяя внутри звеньев сопротивления МОП транзисторов потенциалом на их затворах, можно осуществлять регулирование выходного сигнала с требуемым шагом. При условии, что произведение сопротивлений звеньев с уменьшающимся и с увеличивающимся сопротивлениями будут равны, можно достичь согласование сигнала с источником и нагрузкой 6. Регулировка осуществляется блоком управления 7, который может управляться как аналоговым сигналом, так и цифровым (при использовании в блоке управления 7 цифроаналогового преобразователя - ЦАП), обеспечивая плавную (аналоговую) или дискретную (цифровую) регулировку ослабления сигнала.In the block diagram of FIG. 1, the signal from the differential signal generator 1 is supplied to links 2-5, which are controlled from the control unit 7 so that when the MOS transistors in links 2 and 5 of the MOS are opened, the transistors in links 3 and 4 are closed. With the same resistance of all links, the signal at load 6 will be minimal, and vice versa, with a minimum resistance of links 2 and 5 and a maximum resistance of links 3 and 4, the signal loss at the output will be minimal. Thus, by changing the potential at their gates inside the resistance links of MOS transistors, it is possible to control the output signal with the required step. Provided that the product of the resistances of the links with decreasing and increasing resistances is equal, it is possible to match the signal with the source and load 6. Regulation is carried out by the control unit 7, which can be controlled by either an analog signal or a digital one (when using digital-to-analog in the control unit 7 Converter - DAC), providing smooth (analog) or discrete (digital) adjustment of signal attenuation.

На фиг. 2 в качестве примера представлено семейство кривых, показывающее изменение сигнала аттенюатором при различных кодах ЦАП в широком диапазоне частот.In FIG. Figure 2 shows, as an example, a family of curves showing the signal variation by the attenuator for various DAC codes over a wide frequency range.

Результаты, полученные при использовании КМОП технологического процесса с минимальными размерами 0,25 мкм, приведены в Таблице 1.The results obtained using the CMOS technological process with a minimum size of 0.25 μm are shown in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Значения приведенных параметров значительно лучше ранее полученных для сопоставимых КМОП технологических процессов.The values of these parameters are much better than previously obtained for comparable CMOS technological processes.

Интегральный аттенюатор реализован в виде монолитной КМОП интегральной микросхемы на одном кристалле.The integral attenuator is implemented as a monolithic CMOS integrated circuit on a single chip.

Источники информацииInformation sources

1. Т.Н. Тео, Low-Power Digitally Controlled CMOS Source Follower Variable Attenuator, IEEE ISCAS 2007, New Orleans, LA, 27-30 May 2007.1. T.N. Theo, Low-Power Digitally Controlled CMOS Source Follower Variable Attenuator, IEEE ISCAS 2007, New Orleans, LA, May 27-30, 2007.

2. Патент на изобретение. US №0295594. Source Follower Attenuator / T.H. Тео, опубл. 25.10.2010.2. Patent for an invention. US No. 0295594. Source Follower Attenuator / T.H. Theo, publ. 10/25/2010.

Claims (1)

Интегральный аттенюатор, содержащий генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p-типа, блок управления и нагрузку, отличающийся тем, что неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает.An integral attenuator containing a differential signal generator, links consisting of parallel-connected controlled MOSFETs of n- and p-type, a control unit and a load, characterized in that the non-inverting pair of links consisting of MOSFETs of n- and p-type is connected to the generator differential signal and load directly, and an inverting pair of links consisting of MOSFETs of n- and p-type is connected to the differential signal generator and the load crosswise; where the resistance of the MOS transistors included in the links is adjusted by the control unit, while the resistance of one pair of MOS transistor links increases and the other falls.
RU2016142914A 2016-11-01 2016-11-01 Integrated attenuator RU2642538C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142914A RU2642538C1 (en) 2016-11-01 2016-11-01 Integrated attenuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142914A RU2642538C1 (en) 2016-11-01 2016-11-01 Integrated attenuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2642538C1 true RU2642538C1 (en) 2018-01-25

Family

ID=61023708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142914A RU2642538C1 (en) 2016-11-01 2016-11-01 Integrated attenuator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642538C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792262C1 (en) * 2022-07-13 2023-03-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") Integrated attenuator with discrete control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438415A (en) * 1982-01-29 1984-03-20 General Microwave Corporation Digital programmable attenuator
US20100295594A1 (en) * 2006-11-24 2010-11-25 Tee Hui Teo Source Follower Attenuator
RU2408114C1 (en) * 2010-02-03 2010-12-27 Михаил Сергеевич Афанасьев Microwave signal integrated attenuator
RU115125U1 (en) * 2011-10-26 2012-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Мэйпик" MAGNETO-ELECTRIC ATTENUATOR
JP2014241554A (en) * 2013-06-12 2014-12-25 旭化成エレクトロニクス株式会社 Attenuator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438415A (en) * 1982-01-29 1984-03-20 General Microwave Corporation Digital programmable attenuator
US20100295594A1 (en) * 2006-11-24 2010-11-25 Tee Hui Teo Source Follower Attenuator
RU2408114C1 (en) * 2010-02-03 2010-12-27 Михаил Сергеевич Афанасьев Microwave signal integrated attenuator
RU115125U1 (en) * 2011-10-26 2012-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Мэйпик" MAGNETO-ELECTRIC ATTENUATOR
JP2014241554A (en) * 2013-06-12 2014-12-25 旭化成エレクトロニクス株式会社 Attenuator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792262C1 (en) * 2022-07-13 2023-03-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") Integrated attenuator with discrete control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7400203B2 (en) Circuit with Q-enhancement cell having feedback loop
US8558611B2 (en) Peaking amplifier with capacitively-coupled parallel input stages
US7102411B2 (en) High linearity passive mixer and associated LO buffer
US9276535B2 (en) Transconductance amplifier
JP3425235B2 (en) Variable attenuator
US20110063030A1 (en) Cmos variable gain amplifier
JP2006109409A (en) Variable gain amplifier
DK2622736T3 (en) Adjustment of working cycle to improve the efficiency of a digital RF PA
US20060033575A1 (en) Variable-gain amplifier
KR101470509B1 (en) A low voltage mixter with improved gain and linearity
US10348260B2 (en) Amplifier circuit and filter
TW201301747A (en) Mixer circuit
US20230051839A1 (en) Active filters and gyrators including cascaded inverters
US7068090B2 (en) Amplifier circuit
KR102468736B1 (en) Hybrid envelope detector and full wave rectifier
US7233204B2 (en) Method of acquiring low distortion and high linear characteristic in triode-typed transconductor
RU2642538C1 (en) Integrated attenuator
CN111294012B (en) Capacitor circuit and capacitance multiplication filter
US7642867B2 (en) Simple technique for reduction of gain in a voltage controlled oscillator
US8289080B2 (en) Current-mode amplifier
KR100358358B1 (en) Upconversion mixer for improving dc offset by high pass filtering characteristic
KR100776664B1 (en) Ultra-wideband active differential signal low pass filter
Kalyonov et al. Research and development of a differential microwave attenuator based on BiCMOS SiGe technology with continuous attenuation control
US20200177164A1 (en) Radio Frequency Signal Attenuator And Method of Operation Thereof
Maundy et al. Cross coupled transconductance cell with improved linearity range

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191102