RU2792262C1 - Integrated attenuator with discrete control - Google Patents
Integrated attenuator with discrete control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792262C1 RU2792262C1 RU2022119116A RU2022119116A RU2792262C1 RU 2792262 C1 RU2792262 C1 RU 2792262C1 RU 2022119116 A RU2022119116 A RU 2022119116A RU 2022119116 A RU2022119116 A RU 2022119116A RU 2792262 C1 RU2792262 C1 RU 2792262C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistors
- load
- switches
- inverting
- differential signal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
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, заданным дискретным шагом ослабления, малыми фазовыми искажениями и повышенным уровнем линейности сигнала.The invention relates to electronic engineering and can be used in the development of semiconductor CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) microcircuits for creating circuits of differential radio frequency and microwave (microwave) attenuators with a wide frequency band, a given discrete attenuation step, low phase distortions and an increased level of signal linearity .
Предшествующий уровень техникиPrior 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 a discrete change in attenuation, which are a cascade connection of several bits, each of which is a U- or T-shaped connection of resistors closed by keys in accordance with with the given 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. Известно схемотехническое решение аналогового аттенюатора, использующего компенсацию сигнала в инвертирующей и неинвертирующей цепях [1].The prior art also knows methods for constructing analog electronic attenuators made using CMOS technology. An analog attenuator is an electronic device that allows the input signal to be attenuated continuously. Known circuit design analog attenuator using signal compensation in inverting and non-inverting circuits [1].
В настоящее время в мире разработано множество типо-номиналов микросхем дискретных аттенюаторов, выпускаемых различными производителями по разным технологическим процессам. Абсолютное большинство типо-номиналов микросхем дискретных аттенюаторов разработано по стандартной структуре каскадного П- или Т- образного соединения резисторов и отличается разрядностью и способом управления [2, 3, 4].At present, many types of discrete attenuator microcircuits have been developed in the world, produced by various manufacturers according to different technological processes. The vast majority of nominal values of microcircuits of discrete attenuators are designed according to the standard structure of a cascade U- or T-shaped connection of resistors and differ in bit capacity and control method [2, 3, 4].
Известные аттенюаторы обладают следующими недостатками: относительно узкий диапазон рабочих частот, определяемый применяемым технологическим процессом, сложность получения одинаково точных параметров ослабления для всех разрядов и большие потери многоразрядных аттенюаторов.Known attenuators have the following disadvantages: a relatively narrow operating frequency range, determined by the applied technological process, the difficulty of obtaining equally accurate attenuation parameters for all discharges, and high losses of multi-bit attenuators.
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, снижение разницы в погрешностях установления коэффициента ослабления для разных разрядов, расширение полосы рабочих частот.The technical result to which the claimed invention is directed is the expansion of the functionality of attenuators made using CMOS technology, the reduction of losses during direct signal transmission, the reduction of the difference in the errors in establishing the attenuation coefficient for different discharges, and the expansion of the operating frequency band.
При построении переключателя используются дифференциальные мостовые схемы, которые позволяют, используя эффект компенсации (уменьшение сигнала за счет сложения с сигналом противоположной полярности) обеспечить ослабление сигнала без использования резистивных делителей П- или Т- типа и таким образом уменьшить влияние ряда паразитных индуктивностей и емкостей связанных с общей шиной. Цифровое управление предложенным аттенюатором может быть обеспечено за счет блока управления, преобразующего цифровые коды в требуемые значения напряжений переключения транзисторов.When building the switch, differential bridge circuits are used, which allow, using the compensation effect (signal reduction due to addition with a signal of opposite polarity), to ensure signal attenuation without the use of P- or T-type resistive dividers and thus reduce the influence of a number of parasitic inductances and capacitances associated with common bus. Digital control of the proposed attenuator can be provided by a control unit that converts digital codes into the required values of transistor switching voltages.
Предложенную мостовую схему одного звена аттенюатора можно представить, как дифференциальное соединение генератора и нагрузки через неинвертирующую пару МОП ключей с параллельно включенными резисторами и через инвертирующую пару МОП ключей (т.е. транзисторов, соединяющих неинвертированный вывод генератора с инвертированным выводом нагрузки и наоборот) с последовательными резисторами.The proposed bridge circuit of one attenuator link can be represented as a differential connection of the generator and the load through a non-inverting pair of MOS switches with resistors connected in parallel and through an inverting pair of MOS switches (i.e. transistors connecting the non-inverted output of the generator with the inverted output of the load and vice versa) with serial resistors.
Управляющий сигнал на ключи в неинвертирущую и инвертирующую цепи подается в противофазе. Каждое звено аттенюатора имеет фиксированное ослабление сигнала в широком диапазоне частот, которое определяется не соотношением сопротивлений в делителе, как в обычном аттенюаторе, а соотношением сигналов в инвертирующей и неинвертирующей цепях, таким образом, устраняется влияние некоторых паразитных элементов, имеющих одинаковые значения в инвертирующей и неинвертирующей цепях.The control signal to the keys in the non-inverting and inverting circuits is supplied in antiphase. Each attenuator link has a fixed signal attenuation over a wide frequency range, which is determined not by the ratio of resistances in the divider, as in a conventional attenuator, but by the ratio of signals in the inverting and non-inverting circuits, thus eliminating the influence of some parasitic elements that have the same values in the inverting and non-inverting chains.
Из указанных звеньев, каждое из которых имеет заданное ослабление, можно построить аттенюатор по общеизвестному каскадному способу.From these links, each of which has a given attenuation, you can build an attenuator using the well-known cascade method.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема звена аттенюатора, выполненного на МОП структурах, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a diagram of an attenuator link made on MOS structures, where:
1 - генератор дифференциального сигнала;1 - differential signal generator;
5, 10 - неинвертирующие ключи;5, 10 - non-inverting keys;
6, 9 - параллельные резисторы в неивертирующих цепях;6, 9 - parallel resistors in non-inverting circuits;
7, 8 - инвертирующие ключи;7, 8 - inverting keys;
3, 11, 12 - последовательные резисторы в инвертирующих цепях.3, 11, 12 - series resistors in inverting circuits.
13 - нагрузка;13 - load;
4 - блок управления.4 - control unit.
Параллельное соединение МОП транзисторов п- и p-типа в каждом ключе обеспечивает лучшую линейность передачи сигнала по сравнению с использованием транзисторов одного типа.Parallel connection of n-type and p-type MOS transistors in each key provides better signal transmission linearity compared to using transistors of the same type.
На Фиг.2 представлена блок-схема аттенюатора, выполненного на звеньях аттенюатора по Фиг.1., где:Figure 2 shows a block diagram of the attenuator, made on the links of the attenuator according to Figure 1., where:
1 - генератор дифференциального сигнала;1 - differential signal generator;
14-18 - звенья аттенюатора с ослаблением 16, 8,4,2,1 дБ соответственно;14-18 - attenuator links with
4 - блок управления;4 - control unit;
13 - нагрузка.13 - load.
Блок управления преобразует внешние сигналы управления в требуемые уровни смещения.The control unit converts the external control signals into the required bias levels.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Работа интегрального аттенюатора с дискретным управлением осуществляется следующим образом.The work of the integral attenuator with discrete control is carried out as follows.
В схеме, представленной на Фиг. 1, сигнал от генератора дифференциального сигнала 1 поступает на инвертирующие и неинвертирующие цепи, которые управляются от блока управления 4 таким образом, что при неослабляющем состоянии звена ключи 5 и 10 замкнуты и сигнал проходит на нагрузку RH с малыми потерями, а ключи 7, 8 разомкнуты и слабо влияют на прохождение сигнала. При ослабляющем состоянии звена происходит размыкание МОП ключей 5 и 10, а МОП ключи 7, 8 замыкаются. На нагрузке 13 сигналы, проходящие через резисторы 2, 11 и 3, 12 вычитаются из сигналов проходящих через резисторы 6, 9 неинвертирующей цепи. Таким образом, в зависимости от значений всех сопротивлений Rl - R6 и сопротивлений МОП транзисторов при переключении ключей выходной сигнал изменяется на заданное значение. Величины сопротивлений выбраны так, что можно достичь согласование сигнала с источником и нагрузкой. Разрядность всего устройства зависит от количества использованных звеньев.In the diagram shown in Fig. 1, the signal from the
На Фиг. 2, приведена полная схема 5-ти разрядного аттенюатора на рассмотренных звеньях, обозначенных 14-18 имеющих ослабление 1,2,4, 8,16 дБ соответственно.On FIG. 2, a complete circuit of a 5-bit attenuator is shown on the considered links, designated 14-18, having an attenuation of 1.2.4, 8.16 dB, respectively.
Результаты, полученные при использовании КМОП технологического процесса с минимальными размерами 0,09 мкм приведены в Таблице 1.The results obtained using a CMOS process with a minimum size of 0.09 µm are shown in Table 1.
Таблица 1. Значение электрических параметров предложенного аттенюатораTable 1. The value of the electrical parameters of the proposed attenuator
Значения приведенных параметров лучше ранее полученных результатов на 11- образных делителях для сопоставимых КМОП технологических процессов.The values of the given parameters are better than previously obtained results on 11-shaped dividers for comparable CMOS processes.
Интегральный аттенюатор реализован в виде монолитной КМОП интегральной микросхемы на одном кристалле и содержит генератор дифференциального сигнала, цепи, состоящий из неинвертирующей пары МОП ключей с параллельно включенными резисторами и инвертирующей пары МОП ключей с последовательными резисторами, отличающееся тем, что неинвертирующая пара ключей и параллельных им резисторов, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара ключей и последовательных с ними резисторов соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно, что обеспечивает вычитание сигналов проходящих по указанным цепям в нагрузке и обеспечивает заданное ослабление звена и согласование с генератором и нагрузкой за счет надлежащего выбора резисторов.The integrated attenuator is implemented as a monolithic CMOS integrated circuit on a single chip and contains a differential signal generator, a circuit consisting of a non-inverting pair of MOS switches with resistors connected in parallel and an inverting pair of MOS switches with series resistors, characterized in that the non-inverting pair of switches and parallel resistors , is connected directly to the differential signal generator and the load, and the inverting pair of switches and resistors in series with them are connected crosswise to the differential signal generator and the load, which ensures the subtraction of the signals passing through the specified circuits in the load and provides the specified weakening of the link and matching with the generator and the load for due to the proper choice of resistors.
Источники информацииInformation sources
Патент. В.В. Репин и др. Интегральный аттенюатор. №2642538, дата per. 25.01.2018.Patent. V.V. Repin and others. Integral attenuator. No. 2642538, date per. 01/25/2018.
Data sheet М/А-СОМ Technology Solutions Inc.Data sheet M/A-COM Technology Solutions Inc.
Data sheet Mini-Circuits.Data sheet Mini-Circuits.
Data sheet Hittite.Datasheet Hittite.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792262C1 true RU2792262C1 (en) | 2023-03-21 |
Family
ID=
Citations (5)
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 |
JP2014241554A (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Attenuator |
RU2642538C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-01-25 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Integrated attenuator |
US10523167B2 (en) * | 2016-11-07 | 2019-12-31 | Fujitsu Limited | Variable attenuation device, phase-switching variable attenuation device, and phase shifter |
Patent Citations (5)
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 |
JP2014241554A (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Attenuator |
RU2642538C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-01-25 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Integrated attenuator |
US10523167B2 (en) * | 2016-11-07 | 2019-12-31 | Fujitsu Limited | Variable attenuation device, phase-switching variable attenuation device, and phase shifter |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Исследование методов линеаризации КМОП микросхем и разработка высоколинейного аттенюатора СВЧ диапазона / И. И. Мухин, В. В. Репин, М. Г. Дроздецкий, Г. В. Алексеев // 26-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2016) : материалы конференции в 13 томах, Севастополь, 04-10 сентября 2016 года. Том 2. - Севастополь: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет", 2016. - С. 233-239. - EDN XXSXRF. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7038603B2 (en) | Analog to digital converter using analog-valued floating-gate transistors | |
US20080116902A1 (en) | Second intercept point (ip2) calibrator and method for calibrating ip2 | |
JP2005159803A (en) | High frequency amplifier circuit capable of attaining variable gain control | |
US20060255997A1 (en) | Differential analog filter | |
US20150137913A1 (en) | Segmented Attenuator with Glitch Reduction | |
US7696786B2 (en) | Precision differential level shifter | |
WO2006016312A1 (en) | Frequency divider | |
CN113114162A (en) | Attenuator circuit for CMOS broadband amplitude-phase multifunctional chip | |
RU2792262C1 (en) | Integrated attenuator with discrete control | |
Li et al. | A DC–28-GHz 7-bit high-accuracy digital-step attenuator in 55-nm CMOS | |
US10944417B1 (en) | Radio frequency DAC with improved linearity using shadow capacitor switching | |
CN111817689B (en) | High-linearity attenuator | |
US4947135A (en) | Single-ended chopper stabilized operational amplifier | |
US11265001B1 (en) | RF DAC with low noise spectral density and mismatch spurs | |
Nagaveni et al. | 0.5-4 GHz 7-bit GaAs MMIC digital attenuator with high accuracy and low insertion phase | |
EP1271777B1 (en) | A digital technologic attenuate control circuit of current-model step by step | |
CA2399744C (en) | A high speed current mode logic gate circuit architecture | |
CN113655840A (en) | Temperature coefficient adjustable amplifier circuit and voltage generation method | |
Kravchenko et al. | C-band digitally controlled variable gain amplifier design | |
CN112737532A (en) | Novel variable gain amplifier with high gain precision and low additional phase shift | |
Baranauskas et al. | A 1.6–3.2-GHz Sixth-Order ${+} $13.1-dBm OIP3 Linear Phase ${g} _ {m} $-$ C $ Filter for Fiber-Optic EDC Receivers | |
RU2642538C1 (en) | Integrated attenuator | |
US20240072820A1 (en) | Multi-Bit Voltage-to-Delay Conversion in Data Converter Circuitry | |
Kalyonov et al. | Research and development of a differential microwave attenuator based on BiCMOS SiGe technology with continuous attenuation control | |
Kalyonov et al. | A Highly-Linear Differential Attenuator with Discrete Control |