專利名稱：新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于雷達(dá)、通信、制導(dǎo)的電子部件，是一種低插入相移的動(dòng)態(tài)范圍 大的超寬帶的衰減器集成電路，并且兼容數(shù)字式和模擬式。
背景技術(shù)：
基于GaAs的微波集成電路(MMIC)的電壓控制可變衰減器，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高 級(jí)電子系統(tǒng)和設(shè)備?？勺兯p器被應(yīng)用于1)自動(dòng)損失控制(ALC)組件的寬頻增益控制塊，
2)寬頻脈沖調(diào)制器；3)寬頻無反射的單刀單擲(SPST)開關(guān)，4)寬頻矢量調(diào)制器，5)寬頻自 動(dòng)增益控制(AGC)放大器。MMIC電壓控制可變衰減器擁有小型，輕量級(jí)，高出產(chǎn)量，低成本 等特點(diǎn)，并且簡單易用，低功率耗散。鑒于上述應(yīng)用，可變衰減器擁有大的動(dòng)態(tài)范圍和低插 入相移，引起社會(huì)廣泛的關(guān)注。在操作頻率范圍內(nèi)有很好的相位平坦度，這是傳統(tǒng)標(biāo)量之外 又一個(gè)可用于傳播應(yīng)用的電路。數(shù)字衰減器線性度好，大功率處理，衰減控制簡單精確。目 前主要的研究集中在模擬衰減器和數(shù)字衰減器，然而，近幾年，兼容模擬式和數(shù)字式的衰減 器受到廣泛的關(guān)注。描述可變衰減器產(chǎn)品性能的主要技術(shù)指標(biāo)有1)工作頻率帶寬；幻衰減位數(shù)；3) 總衰減量4)衰減精度力)衰減步進(jìn)；6)最小插入損耗；7)各衰減態(tài)相位差；8)各衰減態(tài)輸 入和輸出端電壓駐波比；9)各態(tài)轉(zhuǎn)換速度；10)電路尺寸；11)承受功率；12)各電路之間電 性能的一致性等。由于設(shè)計(jì)采用的電路拓?fù)浜凸に噷?shí)現(xiàn)途徑的缺陷，尤其對(duì)頻帶寬、衰減量大的應(yīng) 用需求時(shí)，通常電性能指標(biāo)難以滿足要求。主要缺點(diǎn)有1)電路拓?fù)鋸?fù)雜；2)設(shè)計(jì)難度大；
3)工藝加工難度大；4)衰減精度低力)工作頻帶窄；6)各衰減態(tài)之間的相位差大，即信號(hào) 幅度變化時(shí)，伴隨的信號(hào)相位變化大；7)各衰減態(tài)的輸入和輸出端電壓駐波比差別大；8) 受工藝控制參數(shù)影響，電路間電性能一致性較差；9)電路尺寸較大。尤其各衰減態(tài)之間的 相位差大是諸多同類產(chǎn)品中的共同缺點(diǎn)，這限制了該類產(chǎn)品在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)和許多先進(jìn) 的通信系統(tǒng)及武器系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供本發(fā)明的目的在于提供一種砷化鎵單片微波集成電路 (MMIC)可變衰減器的電路。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰 減器，包括第一聯(lián)合控制電路、第二聯(lián)合控制電路、一個(gè)衰減電路以及輸入/輸出端；第1總 控電壓、第11控制電壓、第12控制電壓、第13控制電壓、第14控制電壓、第15控制電壓、 第16控制電壓構(gòu)成第一聯(lián)合控制電路，用以控制第1場效應(yīng)晶體管、第2場效應(yīng)晶體管、第 01場效應(yīng)晶體管和第02場效應(yīng)晶體管的控制電壓；第2總控電壓、第21控制電壓、第22 控制電壓、第23控制電壓、第M控制電壓、第25控制電壓和第沈控制電壓構(gòu)成第二聯(lián)合 控制電路，用以聯(lián)合控制第3場效應(yīng)晶體管、第4場效應(yīng)晶體管、第5場效應(yīng)晶體管、第6場效應(yīng)晶體管、第32場效應(yīng)晶體管、第42場效應(yīng)晶體管、第52場效應(yīng)晶體管和第62場效應(yīng) 晶體管的控制電壓；由第1微帶線、第2微帶線、第3微帶線、第4微帶線、第5微帶線、第6 微帶線、第7微帶線、第12微帶線、第22微帶線、第32微帶線、第42微帶線、第52微帶線、 第62微帶線、第72微帶線、第1場效應(yīng)晶體管、第2場效應(yīng)晶體管、第01場效應(yīng)晶體管、第 02場效應(yīng)晶體管、第3場效應(yīng)晶體管、第4場效應(yīng)晶體管、第5場效應(yīng)晶體管、第6場效應(yīng)晶 體管、第32場效應(yīng)晶體管、第42場效應(yīng)晶體管、第52場效應(yīng)晶體管、第62場效應(yīng)晶體管、 第1電阻、第2電阻、第3電阻、第4電阻、第12電阻、第22電阻、第32電阻、第42電阻以 及輸入/輸出端口構(gòu)成衰減電路，第一聯(lián)合控制電路和第二聯(lián)合控制電路共同控制該衰減 電路，實(shí)現(xiàn)各種不同衰減度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1、可以控制變化衰減度，衰減精度高；2、擁 有超寬的工作頻率帶寬，擁有大的動(dòng)態(tài)范圍和低插入相移，信號(hào)幅度變化而信號(hào)相位變化 ??；3、控制簡單，使用方便，兼容模擬式和數(shù)字式；4、電路之間電性能批量一致性好；5、電 路尺寸??；6、成本低。


圖1是本發(fā)明的模擬/數(shù)字可變衰減器電路結(jié)構(gòu)示意圖。表1是本發(fā)明的主要衰減狀態(tài)的列表(A表示衰減值，C表示控制信號(hào))。圖2是本發(fā)明的不同衰減狀態(tài)的輸入端回波損耗測量結(jié)果。圖3是本發(fā)明的不同衰減狀態(tài)的輸出端回波損耗測量結(jié)果。圖4是本發(fā)明的不同衰減狀態(tài)的插損測量結(jié)果。圖5是本發(fā)明的70dB范圍內(nèi)最大相移誤差的測量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明可以控制變化衰減度，擁有大的動(dòng)態(tài)范圍和低插入相移，信號(hào)幅度變化而 信號(hào)相位幾乎不變，即各衰減態(tài)之間相位差小，衰減精度高，各衰減態(tài)輸入和輸出端電壓駐 波比小，擁有超寬的工作頻率帶寬，減小最小插入損耗，成品率高，控制簡單擬，使用方便， 兼容模式和數(shù)字式，便于采用微波單片集成電路工藝技術(shù)大批量生產(chǎn)的衰減器集成電路。 設(shè)計(jì)中包括場效應(yīng)晶體管(MESFET)，金屬薄膜電阻，植入離子電阻，和微帶傳輸線。為了達(dá) 到好的微波性能，使芯片小型化，需要好好考慮場效應(yīng)晶體管(MESFET)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，加工條 件，電路布局和排版。為實(shí)現(xiàn)低插入相移，輸入輸出低端回波損耗，在設(shè)計(jì)中場效應(yīng)晶體管 (MESFET)采用連通道和分流道擁有相同的門寬度。連通道和分流道有相同的信號(hào)控制負(fù) 載，不需要直流相關(guān)電路，電路得到簡化。結(jié)合圖1，本發(fā)明新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，包括第一聯(lián)合控制 電路、第二聯(lián)合控制電路、一個(gè)衰減電路以及輸入/輸出端；第1總控電壓VI、第11控制電 壓Veil、第12控制電壓Vcl2、第13控制電壓Vcl3、第14控制電壓Vcl4、第15控制電壓 Vcl5、第16控制電壓Vcl6構(gòu)成第一聯(lián)合控制電路，用以控制第1場效應(yīng)晶體管F1、第2場 效應(yīng)晶體管F2、第01場效應(yīng)晶體管FOl和第02場效應(yīng)晶體管F02的控制電壓；第2總控 電壓V2、第21控制電壓Vc21、第22控制電壓Vc22、第23控制電壓Vc23、第M控制電壓VW4、第25控制電壓Vc25和第沈控制電壓VW6構(gòu)成第二聯(lián)合控制電路，用以聯(lián)合控制第 3場效應(yīng)晶體管F3、第4場效應(yīng)晶體管F4、第5場效應(yīng)晶體管F5、第6場效應(yīng)晶體管F6、第 32場效應(yīng)晶體管F32、第42場效應(yīng)晶體管F42、第52場效應(yīng)晶體管F52和第62場效應(yīng)晶 體管F62的控制電壓；由第1微帶線Ml、第2微帶線M2、第3微帶線M3、第4微帶線M4、第 5微帶線M5、第6微帶線M6、第7微帶線M7、第12微帶線M12、第22微帶線M22、第32微帶 線M32、第42微帶線M42、第52微帶線M52、第62微帶線M62、第72微帶線M72、第1場效 應(yīng)晶體管F1、第2場效應(yīng)晶體管F2、第01場效應(yīng)晶體管F01、第02場效應(yīng)晶體管F02、第3 場效應(yīng)晶體管F3、第4場效應(yīng)晶體管F4、第5場效應(yīng)晶體管F5、第6場效應(yīng)晶體管F6、第32 場效應(yīng)晶體管F32、第42場效應(yīng)晶體管F42、第52場效應(yīng)晶體管F52、第62場效應(yīng)晶體管 F62、第1電阻R1、第2電阻R2、第3電阻R3、第4電阻R4、第12電阻R12、第22電阻R22、 第32電阻R32、第42電阻R42以及輸入/輸出端口構(gòu)成衰減電路，第一聯(lián)合控制電路和第 二聯(lián)合控制電路共同控制該衰減電路，實(shí)現(xiàn)各種不同衰減度。 本發(fā)明新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，第一聯(lián)合控制電路具體由第 1電阻R1、第2電阻R2、第12電阻R12、第22電阻R22、第10電阻R10、第11電阻R11、第12 電阻R12、第13電阻R13、第14電阻R14、第15電阻R15、第16電阻R16、第17電阻R17、第 18電阻R18、第19電阻R19、第110電阻R110、第111電阻R111、第112電阻R112、第11場 效應(yīng)晶體管F11、第12場效應(yīng)晶體管F12、第13場效應(yīng)晶體管F13、第14場效應(yīng)晶體管F14、 第15場效應(yīng)晶體管F15、第16場效應(yīng)晶體管F16、第1電壓控制端口 VI、第11電壓控制端 口 Veil、第12電壓控制端口 Vcl2、第13電壓控制端口 Vcl3、第14電壓控制端口 Vcl4、第 15電壓控制端口 Vcl5、第16電壓控制端口 Vcl6構(gòu)成；第1主控電壓Vl接第10電阻R10， 第10電阻RlO的另一端接第12電阻R12，第12電阻R12兩端接第11場效應(yīng)晶體管Fll的 源極和漏極，第11場效應(yīng)晶體管Fll的柵極接第11電阻R11，第11電阻Rll的另一端接 電壓控制端第11電壓控制端口 Vcll ；第12電阻R12的另一端接第14電阻R14，第14電阻 R14的兩端接第12場效應(yīng)晶體管F12的源極和漏極，第12場效應(yīng)晶體管F12的柵極接第 13電阻R13，第13電阻R13的另一端接第12電壓控制端Vcl2 ；R14的另一端接第16電阻 R16，第16電阻R160的兩端接第13場效應(yīng)晶體管F13的源極和漏極，第13場效應(yīng)晶體管 F13的柵極接第15電阻R15，第15電阻R150的另一端接第13電壓控制端Vcl3 ’第16電 阻R16的另一端接第18電阻R18，第18電阻R18的兩端接第14場效應(yīng)晶體管F14的源極 和漏極，第14場效應(yīng)晶體管F14的柵極接第17電阻R17，第17電阻R17的另一端接第14 電壓控制端Vcl4 ；第18電阻R18的另一端接第110電阻Rl 10，第110電阻RllO的兩端接 第15場效應(yīng)晶體管F15的源極和漏極，第15場效應(yīng)晶體管F15的柵極接第19電阻R19， 第19電阻R19的另一端接第15電壓控制端Vcl5 ；第110電阻RllO的另一端接第112電 阻R112，第112電阻R112的兩端接第16場效應(yīng)晶體管F16的源極和漏極，第16場效應(yīng)晶 體管F16的柵極接第111電阻R111，第111電阻Rlll的另一端接第16電壓控制端Vcl6 ； 第112電阻R112的另一端接地，第10電阻RlOO與第12電阻R12之間引出一條線并聯(lián)連 接第1電阻Rl，第二電阻R2，第21電阻R21，第22電阻R22，第1電阻Rl接第1場效應(yīng)晶 體管Fl的柵極，第2電阻R20接第2場效應(yīng)晶體管F2的柵極，第12電阻R12接第01場效 應(yīng)晶體管FOl的柵極，第22電阻R22接第02場效應(yīng)晶體管F02的柵極；第1電壓控制端 口 VI、第11電壓控制端口 Veil、第12電壓控制端口 Vcl2、第13電壓控制端口 Vcl3、第14
8電壓控制端口 Vcl4、第15電壓控制端口 Vcl5和第16電壓控制端口 Vcl6分別加載0電壓 時(shí)，記為0，加載-5V電壓時(shí)，記為1，加載為1時(shí)，晶體管夾斷，不導(dǎo)通，加載為0時(shí)，導(dǎo)通，由 此達(dá)到數(shù)字控制的目的；通過控制第1電壓控制端口 VI、第11電壓控制端口 Veil、第12電 壓控制端口 Vcl2、第13電壓控制端口 Vcl3、第14電壓控制端口 Vcl4、第15電壓控制端口 Vc 15、第16電壓控制端口 Vc 16置0或置1，從而控制對(duì)Fl、F2、FOl和F02的加載電壓，控 制其導(dǎo)通，達(dá)到控制不同衰減度的目的。 本發(fā)明新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，第二聯(lián)合控制電路具體由第 2電壓控制端V2、第21電壓控制端V21、第22電壓控制端V22、第23電壓控制端￥23、第對(duì) 電壓控制端V24、第25電壓控制端V25、第沈電壓控制端V26、第5電阻R5、第6電阻R6、第 7電阻R7、第8電阻R8、第52電阻R52、第62電阻R62、第72電阻R72、第82電阻R82、第20 電阻R20、第21電阻R21、第22電阻R22、第23電阻R23、第M電阻R24、第25電阻R25、第 26電阻R26、第27電阻R27、第28電阻R28、第四電阻R29、第210電阻R210、第211電阻 R211和第212電阻R212構(gòu)成；第2主控電壓V2接第20電阻R20，第20電阻R20的另一端 接第22電阻R22，第22電阻R22兩端接第21場效應(yīng)晶體管F21的源極和漏極，第21場效 應(yīng)晶體管F21的柵極接第21電阻R21，第21電阻R21的另一端接第21電壓控制端Vc21 ； 第22電阻R22的另一端接第M電阻R24，第M電阻R24的兩端接第22場效應(yīng)晶體管F22 的源極和漏極，第22場效應(yīng)晶體管F22的柵極接第23電阻R23，第23電阻R23的另一端接 第22電壓控制端Vc22 ；第M電阻R24的另一端接第沈電阻R26，第沈電阻R26的兩端接 第23場效應(yīng)晶體管F23的源極和漏極，第23場效應(yīng)晶體管F23的柵極接第25電阻R25，第 25電阻R25的另一端接第23電壓控制端Vc23 ；第沈電阻R26的另一端接第28電阻R28， 第28電阻似8的兩端接第M場效應(yīng)晶體管FM的源極和漏極，第M場效應(yīng)晶體管F24的 柵極接第27電阻R27，第27電阻R27的另一端接第M電壓控制端VcM ；第28電阻R28的 另一端接第210電阻R210，第210電阻R210的兩端接第25場效應(yīng)晶體管F25的源極和漏 極，第25場效應(yīng)晶體管F25的柵極接第四電阻1 29，第四電阻R29的另一端接第25電壓 控制端Vc25 ；第210電阻R210的另一端接第212電阻R212，第212電阻R212的兩端接第 26場效應(yīng)晶體管F26的源極和漏極，第沈場效應(yīng)晶體管F26的柵極接第211電阻R211，第 211電阻R211的另一端接第沈電壓控制端VW6 ；第212電阻R212的另一端接地，第20電 阻R20與第22電阻R22之間引出一條線并聯(lián)連接第5電阻R5、第6電阻R6、第7電阻R7、 第8電阻R8、第52電阻R52、第62電阻R62、第72電阻R72和第82電阻R82，第5電阻R5 接第3場效應(yīng)晶體管F30的柵極，第6電阻R6接第4場效應(yīng)晶體管F4的柵極，第7電阻R7 接第5場效應(yīng)晶體管F5的柵極，第8電阻R8接第6場效應(yīng)晶體管F6的柵極，第52電阻R52 接第32場效應(yīng)晶體管F32的柵極，第62電阻R62接第42場效應(yīng)晶體管F42的柵極，第72 電阻R720接第52場效應(yīng)晶體管F52的柵極，第82電阻R82接第62場效應(yīng)晶體管F62的 柵極；第2電壓控制端口 V2，第21電壓控制端口 Vc21、第22電壓控制端口 Vc22、第23電 壓控制端口 Vc23、第M電壓控制端口 Vc24、第25電壓控制端口 Vc25和第沈電壓控制端 口 VW6分別加載0電壓時(shí)，記為0，加載-5V電壓時(shí)，記為1，加載為1時(shí)，晶體管夾斷，不導(dǎo) 通，加載為0時(shí)，導(dǎo)通，由此達(dá)到數(shù)字控制的目的；通過控制第2電壓控制端口 V2，第21電 壓控制端口 Vc21、第22電壓控制端口 Vc22、第23電壓控制端口 Vc23、第M電壓控制端口 VcM、第25電壓控制端口 Vc25和第沈電壓控制端口 VW6置0或置1，從而控制對(duì)第3場效應(yīng)晶體管F3、第4場效應(yīng)晶體管F4、第5場效應(yīng)晶體管F5、第6場效應(yīng)晶體管F6、第32 場效應(yīng)晶體管F32、第42場效應(yīng)晶體管F42、第52場效應(yīng)晶體管F52和第62場效應(yīng)晶體管 F62的加載電壓，控制其導(dǎo)通，達(dá)到控制不同衰減度的目的。本發(fā)明新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，衰減電路具體由第1微帶線 Ml、第2微帶線M2、第3微帶線M3、第4微帶線M4、第5微帶線M5、第6微帶線M6、第7微帶 線M7、第12微帶線M12、第22微帶線M22、第32微帶線M32、第42微帶線M42、第52微帶 線M52、第62微帶線M62、第72微帶線M72、第1場效應(yīng)晶體管F1、第2場效應(yīng)晶體管F2、 第01場效應(yīng)晶體管F01、第02場效應(yīng)晶體管F02、第3場效應(yīng)晶體管F3、第4場效應(yīng)晶體 管F4、第5場效應(yīng)晶體管F5、第6場效應(yīng)晶體管F6、第32場效應(yīng)晶體管F32、第42場效應(yīng) 晶體管F42、第52場效應(yīng)晶體管F52、第62場效應(yīng)晶體管F62、第1電阻R1、第2電阻R2、第 3電阻R3、第4電阻R4、第12電阻R12、第22電阻R22、第32電阻R32、第42電阻R42和輸 入/輸出端口構(gòu)成；信號(hào)輸入端接第1微帶線M1，第1微帶線Ml的另一端接第3電阻R3， 第3電阻R3的兩端接第1場效應(yīng)晶體管Fl的源極和漏極，第3電阻R3的另一端接第2微 帶線M2，第2微帶線M2的另一端接第3微帶線M3和第3場效應(yīng)晶體管F3的漏極，第3場 效應(yīng)晶體管F3的源極接地，第3微帶線M3的另一端接第4微帶線M4和第4場效應(yīng)晶體管 F4的漏極，第4場效應(yīng)晶體管F4的源極接地，第4微帶線M4的另一端接第5微帶線M5和 第5場效應(yīng)晶體管F5的漏極，第5場效應(yīng)晶體管F5的源極接地，第5微帶線M5的另一端 接第6微帶線M6和第6場效應(yīng)晶體管F6的漏極，第6場效應(yīng)晶體管F6的源極接地，第6 微帶線M6的另一端第4電阻R4，第4電阻R4的兩端接第2場效應(yīng)晶體管F2的源極和漏 極，第4電阻R4的另一端接第7微帶線M7，第7微帶線M7的另一端接第12微帶線M12，第 12微帶線M12的另一端接第32電阻R32，第32電阻R32的兩端接第01場效應(yīng)晶體管FOl 的源極和漏極，第32電阻R32的另一端接第22微帶線M22，第22微帶線M220的另一端接 第32電阻M320和第32場效應(yīng)晶體管F32的漏極，第32場效應(yīng)晶體管F32的源極接地，第 32場效應(yīng)晶體管F32的另一端接第42微帶線M42和第42場效應(yīng)晶體管F42的漏極，第42 場效應(yīng)晶體管F42的源極接地，第42微帶線M42的另一端接第52微帶線M52和第52場效 應(yīng)晶體管F52的漏極，第52場效應(yīng)晶體管F52的源極接地，第52微帶線M52的另一端接第 62微帶線M620和第62場效應(yīng)晶體管F62的漏極，第62場效應(yīng)晶體管F62的源極接地，第 62場效應(yīng)晶體管M62的另一端接第42電阻R42，第42電阻R420的兩端接第02場效應(yīng)晶 體管F02的源極和漏極，第42電阻R42的另一端接第72微帶線M72，第72微帶線M72的另 一端接信號(hào)輸出端；通過第一聯(lián)合控制電路控制第1場效應(yīng)晶體管F1、第2場效應(yīng)晶體管 F2、第01場效應(yīng)晶體管F01、第02場效應(yīng)晶體管F02的連通，以及第二聯(lián)合控制電路控制第 3場效應(yīng)晶體管F3、第4場效應(yīng)晶體管F4、第5場效應(yīng)晶體管F5、第6場效應(yīng)晶體管F6、第 32場效應(yīng)晶體管F32、第42場效應(yīng)晶體管F42、第52場效應(yīng)晶體管F52、第62場效應(yīng)晶體 管F62的分流，從而達(dá)到在數(shù)字控制情況下，6位的衰減是2，4，6，8，16，32，64dB，實(shí)現(xiàn)70dB 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)2dB的分辨率。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1，電路中的轉(zhuǎn)換場效應(yīng)晶體管(MESFET)是通過2. 5千歐的門級(jí)電阻控制的， 可以為每個(gè)轉(zhuǎn)換場效應(yīng)晶體管(MESFET)和控制源提供足夠的射頻隔離。在模擬控制情況 下，第11場效應(yīng)晶體管F11，第12場效應(yīng)晶體管F12，第13場效應(yīng)晶體管F13，第14場效應(yīng)晶體管F14，第15場效應(yīng)晶體管F15，第16場效應(yīng)晶體管F16，第21場效應(yīng)晶體管F21，第 22場效應(yīng)晶體管F22，第23場效應(yīng)晶體管F23，第M場效應(yīng)晶體管F24，第25場效應(yīng)晶體 管F25和第沈場效應(yīng)晶體管M6處于OFF狀態(tài)高電阻。這種情況下，第11控制電壓Veil， 第12控制電壓Vcl2，第13控制電壓Vcl3，第14控制電壓Vcl4，第15控制電壓Vcl5，第16 控制電壓Vcl6，第21控制電壓Vc21，第22控制電壓Vc22，第23控制電壓￥(23，第對(duì)控制 電壓VW4，第25控制電壓Vc25，和第沈控制電壓VW6都被設(shè)置在VP，VP是一個(gè)負(fù)極的 MESFET夾斷電壓，或者比-I VP I更小，VP—般為-5V。衰減由Vl電壓和V2電壓控制，Vl電 壓控制第1場效應(yīng)晶體管F1，第2場效應(yīng)晶體管F2，第01場效應(yīng)晶體管F01，第02場效應(yīng) 晶體管F02的連接轉(zhuǎn)換，V2電壓控制第3場效應(yīng)晶體管F3，第4場效應(yīng)晶體管F4，第5場 效應(yīng)晶體管F5，第6場效應(yīng)晶體管F6，第32場效應(yīng)晶體管F32，第42場效應(yīng)晶體管F42，第 52場效應(yīng)晶體管F52，第62場效應(yīng)晶體管F62的分流轉(zhuǎn)換。由第1總控壓VI、第2總控壓 V2控制衰減從最小到最大的變化。第一總控壓Vl從OV變到VPFl，F(xiàn)2，F(xiàn)Ol和F02的阻抗 值從低阻抗變到高阻抗；第二總控壓V2同步從VP變到0VF3, F4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)32，F(xiàn)42，F(xiàn)52，和 F62的阻抗值從高阻抗變換到低阻抗，反之亦然。在數(shù)字控制情況下，6位的衰減是2，4，6， 8，16，32，64(^，實(shí)現(xiàn)70(^動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)2dB的分辨率。引起衰減的MSEFET (F1，F(xiàn)2，F(xiàn)Ol，F(xiàn)02)是由電阻(R10，R12，R14，R16，R18，R110，和 R112)和 MESFET(F11，F(xiàn)12，F(xiàn)13，F(xiàn)14，F(xiàn)15，和 F16)聯(lián)合控制。MESFET(F3, F4, F5, F6, F32, F42，F(xiàn)52，F(xiàn)62)引起的衰減是由電阻(R20，R22，R24，R26，R28，R210，和R212)和MESFET(F21， F22, F23, F24, F25, andF26)聯(lián)合控制。當(dāng)控制電壓 VI，Veil, Vcl2, Vcl3, Vcl4, Vcl5 禾口 Vcl6 是 0V, V2, Vc21, Vc22, Vc23, Vc24, Vc25，和 Vc26 是-5V.時(shí)，衰減器處于最小衰減，或 者說處于“ON”狀態(tài)。在這種情況下，衰減器在0. 045GHz 50GHz范圍內(nèi)有最小的插入損耗 2 4dB，小于-14dB的輸入輸出回波損耗。當(dāng)控制電壓VI，Veil，Vcl2，Vcl3，Vcl4，Vcl5， 和Vcl6為-5V, V2, Vc21, Vc22, Vc23, Vc24, Vc25，和Vc26處于0V，此時(shí)衰減器處于最大衰 減狀態(tài)，或者說處于“OFF”狀態(tài)。在這種情況下，衰減器在0. 045GHz到50GHz范圍內(nèi)有大于 70dB的插入損耗，小于-10.88dB的輸入輸出回波損耗。可以參考圖1，當(dāng)VI，V2, Veil，和 Vc21 是-5V,并且 Vcl2, Vcl3, Vcl4, Vcl5, Vcl6, Vc22, Vc23, Vc24, Vc25, Vc26 是 0V, Fll, F21 處于高電阻態(tài)，F(xiàn)12, F13, F14, F15, F16, F22, F23, F24, F25，和 F26 處于低電阻態(tài)，R10, R12形成了適當(dāng)?shù)碾妷悍峙渚W(wǎng)絡(luò)。同樣的，也可以看到R20和R22形成了一個(gè)很好的電壓分 配網(wǎng)絡(luò)。在A點(diǎn)的一個(gè)合適的電壓控制連通轉(zhuǎn)換MSEFET (Fl，F(xiàn)2，F(xiàn)01, F02)，在B點(diǎn)有另一 個(gè)合適的電壓控制分流轉(zhuǎn)換MESFET (F3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)32，F(xiàn)42，F(xiàn)52，F(xiàn)62)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)2dB的衰 減。上述描述在其他情況下也相同適用，OV的控制信號(hào)記為0，-5V的控制信號(hào)記為1，對(duì)于 圖1，我們用表1給出了數(shù)字式控制主要衰減狀態(tài)的列表。
1權(quán)利要求
1.一種新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，其特征在于包括第一聯(lián)合控制 電路、第二聯(lián)合控制電路、一個(gè)衰減電路以及輸入/輸出端；第1總控電壓(Vl)、第11控制 電壓(Veil)、第12控制電壓(Vcl2)、第13控制電壓(Vcl3)、第14控制電壓(Vcl4)、第15 控制電壓(Vcl5)、第16控制電壓(VC16)構(gòu)成第一聯(lián)合控制電路，用以控制第1場效應(yīng)晶體 管(Fl)、第2場效應(yīng)晶體管(F》、第01場效應(yīng)晶體管(FOl)和第02場效應(yīng)晶體管(F02) 的控制電壓；第2總控電壓(V2)、第21控制電壓(Vc21)、第22控制電壓(Vc22)、第23控制 電壓(Vc2!3)、第M控制電壓(Vc24)、第25控制電壓(Vc2Q和第沈控制電壓(Vc26)構(gòu)成 第二聯(lián)合控制電路，用以聯(lián)合控制第3場效應(yīng)晶體管(F3)、第4場效應(yīng)晶體管(F4)、第5場 效應(yīng)晶體管(冊(cè))、第6場效應(yīng)晶體管(F6)、第32場效應(yīng)晶體管(F3》、第42場效應(yīng)晶體管 (F42)、第52場效應(yīng)晶體管(F52)和第62場效應(yīng)晶體管(F62)的控制電壓；由第1微帶線 (Ml)、第2微帶線(M2)、第3微帶線(M3)、第4微帶線(M4)、第5微帶線(M5)、第6微帶線 (M6)、第7微帶線(M7)、第12微帶線(Ml2)、第22微帶線(M22)、第32微帶線(M32)、第42 微帶線(M42)、第52微帶線(M52)、第62微帶線(M62)、第72微帶線(M72)、第1場效應(yīng)晶 體管(Fl)、第2場效應(yīng)晶體管(F》、第01場效應(yīng)晶體管(FOl)、第02場效應(yīng)晶體管(F02)、 第3場效應(yīng)晶體管(F3)、第4場效應(yīng)晶體管(F4)、第5場效應(yīng)晶體管(冊(cè))、第6場效應(yīng)晶體 管(F6)、第32場效應(yīng)晶體管(F3》、第42場效應(yīng)晶體管(F4》、第52場效應(yīng)晶體管(F52)、 第62場效應(yīng)晶體管(F62)、第1電阻(Rl)、第2電阻(R2)、第3電阻(R3)、第4電阻(R4)、 第12電阻(R12)、第22電阻(R22)、第32電阻(R32)、第42電阻(R42)以及輸入/輸出端 口構(gòu)成衰減電路，第一聯(lián)合控制電路和第二聯(lián)合控制電路共同控制該衰減電路，實(shí)現(xiàn)各種 不同衰減度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，其特征在于 第一聯(lián)合控制電路具體由第1電阻(Rl)、第2電阻(R2)、第12電阻(R12)、第22電阻(R22)、 第10電阻(RlO)、第11電阻(Rll)、第12電阻(R12)、第13電阻(R13)、第14電阻(R14)、 第15電阻(R15)、第16電阻(R16)、第17電阻(R17)、第18電阻(R18)、第19電阻(R19)、第 110電阻(RllO)、第111電阻(Rlll)、第112電阻(Rl 12)、第11場效應(yīng)晶體管(Fll)、第12場 效應(yīng)晶體管(FU)、第13場效應(yīng)晶體管(FU)、第14場效應(yīng)晶體管(F14)、第15場效應(yīng)晶體 管(F15)、第16場效應(yīng)晶體管(F16)、第1電壓控制端口(Vl)、第11電壓控制端口(Veil)、 第12電壓控制端口(Vcl2)、第13電壓控制端口(Vcl3)、第14電壓控制端口(Vc 14)、第15 電壓控制端口(Vcl5)、第16電壓控制端口(VC16)構(gòu)成；第1主控電壓(Vl)接第10電阻 (RlO)，第10電阻(RlO)的另一端接第12電阻(R12)，第12電阻(R12)兩端接第11場效 應(yīng)晶體管(Fll)的源極和漏極，第11場效應(yīng)晶體管(Fll)的柵極接第11電阻(Rll)，第11 電阻(Rll)的另一端接電壓控制端第11電壓控制端口(Veil)第12電阻(R12)的另一端 接第14電阻(R14)，第14電阻(R14)的兩端接第12場效應(yīng)晶體管(F12)的源極和漏極，第 12場效應(yīng)晶體管(F12)的柵極接第13電阻(R13)，第13電阻(R13)的另一端接第12電壓 控制端(Vcl2) ；R14的另一端接第16電阻(R16)，第16電阻(R160的兩端接第13場效應(yīng)晶 體管(F13)的源極和漏極，第13場效應(yīng)晶體管(F13)的柵極接第15電阻(R15)，第15電阻 (R150的另一端接第13電壓控制端(Vcl3)；第16電阻(R16)的另一端接第18電阻(R18)， 第18電阻(R18)的兩端接第14場效應(yīng)晶體管(F14)的源極和漏極，第14場效應(yīng)晶體管 (F14)的柵極接第17電阻(R17)，第17電阻(R17)的另一端接第14電壓控制端(Vcl4)第18電阻(R18)的另一端接第110電阻(RllO)，第110電阻(RllO)的兩端接第15場效應(yīng)晶 體管(F15)的源極和漏極，第15場效應(yīng)晶體管(F15)的柵極接第19電阻(R19)，第19電 阻(R19)的另一端接第15電壓控制端(Vcl5)；第110電阻(RllO)的另一端接第112電阻 (R112)，第112電阻(R112)的兩端接第16場效應(yīng)晶體管(F16)的源極和漏極，第16場效 應(yīng)晶體管(F16)的柵極接第111電阻(Rlll)，第111電阻(Rlll)的另一端接第16電壓控 制端(VC16)第112電阻(R112)的另一端接地，第10電阻(R100與第12電阻(R12)之間 引出一條線并聯(lián)連接第1電阻(Rl)，第二電阻(R2)，第21電阻(R21)，第22電阻(R22)，第 1電阻(Rl)接第1場效應(yīng)晶體管(Fl)的柵極，第2電阻(R20接第2場效應(yīng)晶體管(F2)的 柵極，第12電阻(R12)接第01場效應(yīng)晶體管(FOl)的柵極，第22電阻(R22)接第02場效 應(yīng)晶體管(F02)的柵極；第1電壓控制端口(Vl)、第11電壓控制端口(Veil)、第12電壓控 制端口(Vcl2)、第13電壓控制端口(Vcl3)、第14電壓控制端口(Vc 14)、第15電壓控制端 口 (Vc 15)和第16電壓控制端口 (Vcl6)分別加載0電壓時(shí)，記為0，加載-5V電壓時(shí)，記為 1，加載為1時(shí)，晶體管夾斷，不導(dǎo)通，加載為0時(shí)，導(dǎo)通，由此達(dá)到數(shù)字控制的目的；通過控制 第1電壓控制端口(VI)、第11電壓控制端口(Veil)、第12電壓控制端口(Vcl2)、第13電 壓控制端口(Vcl3)、第14電壓控制端口(Vcl4)、第15電壓控制端口(Vcl5)、第16電壓控 制端口 (Vcl6)置0或置1，從而控制對(duì)F1、F2、F01和F02的加載電壓，控制其導(dǎo)通，達(dá)到控 制不同衰減度的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，其特征在于 第二聯(lián)合控制電路具體由第2電壓控制端(M)、第21電壓控制端(V21)、第22電壓控制端 (V22)、第23電壓控制端(V23)、第24電壓控制端(V24)、第25電壓控制端(V25)、第洸電 壓控制端(V26)、第5電阻(R5)、第6電阻(R6)、第7電阻(R7)、第8電阻(R8)、第52電阻 (R52)、第62電阻(R62)、第72電阻(R72)、第82電阻(R82)、第20電阻(R20)、第21電阻 (R21)、第22電阻(R22)、第23電阻(R23)、第M電阻(R24)、第25電阻(R25)、第沈電阻 (R26)、第27電阻(R27)、第28電阻(R28)、第29電阻(R29)、第210電阻(R210)、第211電阻 (R211)和第212電阻(R212)構(gòu)成；第2主控電壓V2接第20電阻(R20)，第20電阻(R20) 的另一端接第22電阻(R22)，第22電阻(R2》兩端接第21場效應(yīng)晶體管(F21)的源極和 漏極，第21場效應(yīng)晶體管(F21)的柵極接第21電阻(R21)，第21電阻(R21)的另一端接 第21電壓控制端(Vc21)；第22電阻(R22)的另一端接第M電阻(RM)，第M電阻(R24) 的兩端接第22場效應(yīng)晶體管(F22)的源極和漏極，第22場效應(yīng)晶體管(F22)的柵極接第 23電阻(R23)，第23電阻(R23)的另一端接第22電壓控制端(Vc22)；第M電阻(RM)的 另一端接第26電阻(似6)，第W電阻(似6)的兩端接第M場效應(yīng)晶體管(FM)的源極和 漏極，第23場效應(yīng)晶體管(F23)的柵極接第25電阻(R25)，第25電阻(R25)的另一端接 第23電壓控制端(Vc23)；第沈電阻(似6)的另一端接第28電阻(似8)，第觀電阻(R28) 的兩端接第M場效應(yīng)晶體管(F24)的源極和漏極，第M場效應(yīng)晶體管(FM)的柵極接第 27電阻(R27)，第27電阻(R27)的另一端接第M電壓控制端(Vc24)；第28電阻(似8)的 另一端接第210電阻(R210)，第210電阻(R210)的兩端接第25場效應(yīng)晶體管(F25)的源 極和漏極，第25場效應(yīng)晶體管(F25)的柵極接第四電阻(似9)，第四電阻(似9)的另一 端接第25電壓控制端(Vc25)；第210電阻(R210)的另一端接第212電阻(R212)，第212 電阻(R2U)的兩端接第沈場效應(yīng)晶體管(M6)的源極和漏極，第沈場效應(yīng)晶體管(F26)的柵極接第211電阻(R211)，第211電阻(R211)的另一端接第沈電壓控制端(Vc26)；第 212電阻(R212)的另一端接地，第20電阻(R20)與第22電阻(R22)之間引出一條線并聯(lián) 連接第5電阻(R5)、第6電阻(R6)、第7電阻(R7)、第8電阻(R8)、第52電阻(R52)、第62 電阻(R62)、第72電阻(R72)和第82電阻(R82)，第5電阻(R5)接第3場效應(yīng)晶體管(F30 的柵極，第6電阻(R6)接第4場效應(yīng)晶體管(F4)的柵極，第7電阻(R7)接第5場效應(yīng)晶 體管(冊(cè))的柵極，第8電阻(R8)接第6場效應(yīng)晶體管(F6)的柵極，第52電阻(R52)接 第32場效應(yīng)晶體管(F32)的柵極，第62電阻(R6》接第42場效應(yīng)晶體管(F42)的柵極， 第72電阻(R720接第52場效應(yīng)晶體管(F52)的柵極，第82電阻￠8 接第62場效應(yīng)晶 體管(F62)的柵極；第2電壓控制端口(V2)，第21電壓控制端口(Vc21)、第22電壓控制 端口(Vc2》、第23電壓控制端口(Vc2!3)、第M電壓控制端口(Vc24)、第25電壓控制端口 (Vc25)和第26電壓控制端口 (Vc26)分別加載0電壓時(shí)，記為0，加載-5V電壓時(shí)，記為1， 加載為1時(shí)，晶體管夾斷，不導(dǎo)通，加載為0時(shí)，導(dǎo)通，由此達(dá)到數(shù)字控制的目的；通過控制第 2電壓控制端口(V2)，第21電壓控制端口(Vc21)、第22電壓控制端口(Vc22)、第23電壓 控制端口(Vc23)、第M電壓控制端口(VcM)、第25電壓控制端口(Vc2Q和第沈電壓控 制端口(Vc26)置0或置1，從而控制對(duì)第3場效應(yīng)晶體管(F3)、第4場效應(yīng)晶體管(F4)、第 5場效應(yīng)晶體管(冊(cè))、第6場效應(yīng)晶體管(F6)、第32場效應(yīng)晶體管(F3》、第42場效應(yīng)晶 體管(F42)、第52場效應(yīng)晶體管(F52)和第62場效應(yīng)晶體管(F62)的加載電壓，控制其導(dǎo) 通，達(dá)到控制不同衰減度的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器，其特征在于 衰減電路具體由第1微帶線(Ml)、第2微帶線(M2)、第3微帶線(M3)、第4微帶線(M4)、第 5微帶線(M5)、第6微帶線(M6)、第7微帶線(M7)、第12微帶線(M12)、第22微帶線(M22)、 第32微帶線(M32)、第42微帶線(M42)、第52微帶線(M52)、第62微帶線(M62)、第72微 帶線(M72)、第1場效應(yīng)晶體管(Fl)、第2場效應(yīng)晶體管(F》、第01場效應(yīng)晶體管(FOl)、 第02場效應(yīng)晶體管(FO》、第3場效應(yīng)晶體管(F!3)、第4場效應(yīng)晶體管(F4)、第5場效應(yīng)晶 體管(冊(cè))、第6場效應(yīng)晶體管(F6)、第32場效應(yīng)晶體管(F3》、第42場效應(yīng)晶體管(F42)、 第52場效應(yīng)晶體管(F52)、第62場效應(yīng)晶體管(F62)、第1電阻(Rl)、第2電阻(R2)、第3 電阻(R3)、第4電阻(R4)、第12電阻(R12)、第22電阻(R22)、第32電阻(R32)、第42電阻 (R42)和輸入/輸出端口構(gòu)成；信號(hào)輸入端接第1微帶線(Ml)，第1微帶線(Ml)的另一端 接第3電阻(R3)，第3電阻(R3)的兩端接第1場效應(yīng)晶體管(Fl)的源極和漏極，第3電阻 (R3)的另一端接第2微帶線(M2)，第2微帶線(M2)的另一端接第3微帶線(M3)和第3場 效應(yīng)晶體管(F!3)的漏極，第3場效應(yīng)晶體管(F!3)的源極接地，第3微帶線(ΙΟ)的另一端接 第4微帶線(M4)和第4場效應(yīng)晶體管(F4)的漏極，第4場效應(yīng)晶體管(F4)的源極接地，第 4微帶線(M4)的另一端接第5微帶線(IK)和第5場效應(yīng)晶體管(冊(cè))的漏極，第5場效應(yīng) 晶體管(冊(cè))的源極接地，第5微帶線(IK)的另一端接第6微帶線(M6)和第6場效應(yīng)晶體 管(F6)的漏極，第6場效應(yīng)晶體管(F6)的源極接地，第6微帶線(M6)的另一端第4電阻 (R4)，第4電阻(R4)的兩端接第2場效應(yīng)晶體管(F》的源極和漏極，第4電阻(R4)的另一 端接第7微帶線(M7)，第7微帶線(M7)的另一端接第12微帶線(M12)，第12微帶線(M12) 的另一端接第32電阻(R32)，第32電阻(R32)的兩端接第01場效應(yīng)晶體管(FOl)的源極 和漏極，第32電阻(R32)的另一端接第22微帶線(M22)，第22微帶線(M220的另一端接第32電阻(M320和第32場效應(yīng)晶體管(F3》的漏極，第32場效應(yīng)晶體管(F3》的源極接地， 第32場效應(yīng)晶體管(F32)的另一端接第42微帶線(M4》和第42場效應(yīng)晶體管(F42)的 漏極，第42場效應(yīng)晶體管(F42)的源極接地，第42微帶線(M4》的另一端接第52微帶線 (M52)和第52場效應(yīng)晶體管(F5》的漏極，第52場效應(yīng)晶體管(F5》的源極接地，第52微 帶線(M52)的另一端接第62微帶線(M620和第62場效應(yīng)晶體管(F62)的漏極，第62場效 應(yīng)晶體管(F6》的源極接地，第62場效應(yīng)晶體管(M6》的另一端接第42電阻￠4 ，第42 電阻(R420的兩端接第02場效應(yīng)晶體管(F02)的源極和漏極，第42電阻￠4 的另一端 接第72微帶線(M72)，第72微帶線(M72)的另一端接信號(hào)輸出端；通過第一聯(lián)合控制電路 控制第1場效應(yīng)晶體管(Fl)、第2場效應(yīng)晶體管(F》、第01場效應(yīng)晶體管(FOl)、第02場 效應(yīng)晶體管(FO》的連通，以及第二聯(lián)合控制電路控制第3場效應(yīng)晶體管(F3)、第4場效應(yīng) 晶體管(F4)、第5場效應(yīng)晶體管(冊(cè))、第6場效應(yīng)晶體管(F6)、第32場效應(yīng)晶體管(F32)、 第42場效應(yīng)晶體管(F4》、第52場效應(yīng)晶體管(F5》、第62場效應(yīng)晶體管(F62)的分流， 從而達(dá)到在數(shù)字控制情況下，6位的衰減是2，4，6，8，16，32，64dB，實(shí)現(xiàn)70dB動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)2dB 的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的兼容數(shù)字式和模擬式的超寬帶衰減器。當(dāng)衰減變化時(shí)，相位補(bǔ)償技術(shù)被應(yīng)用于MMIC設(shè)計(jì)中，減少插入相移，保證阻抗匹配。電路設(shè)計(jì)用到連通場效應(yīng)晶體管(MESFET)和分流場效應(yīng)晶體管(MESFET)的控制信號(hào)等效裝載方法(即在大部分電路中擁有相同連通和分流門寬度)來簡化電路，無需直流電路。MMIC在超寬頻帶內(nèi)顯示了優(yōu)秀的性能，并用薄片內(nèi)芯片檢測證實(shí)了設(shè)計(jì)思路的可行。數(shù)字/模擬低插入相移的大動(dòng)態(tài)范圍的超寬帶衰減器集成電路主要廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通信、移動(dòng)通信、相控陣?yán)走_(dá)、電子對(duì)抗、制導(dǎo)和儀器等電子系統(tǒng)設(shè)備中的電子部件。
文檔編號(hào)H03H11/00GK102111122SQ20101055589
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者周聰, 張紅, 徐利, 戴冰清, 戴永勝, 於秋杉, 楊健, 王立杰, 盛衛(wèi)星, 郭永新, 陳少波, 陳曦 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)