專利名稱：線性電調(diào)衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性電調(diào)衰減器，特別涉及一種由PIN 二極管構(gòu)成的線性電調(diào)衰減器。它的直接應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橥ㄓ?、雷達(dá)、聲納和電子對(duì)抗等RF、微波網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)電調(diào)衰減器的實(shí)現(xiàn)方式之一是采用PIN 二極管在高頻段PIN 二極管的電阻范圍從小于1Ω到IOkQ的可變電阻器(衰減器)，射頻工作信號(hào)可達(dá)50GHz。PIN 二極管的電阻大小由流過(guò)其上的正向電流大小來(lái)控制。PIN 二極管管電調(diào)衰減器的主要結(jié)構(gòu)有Π型結(jié)構(gòu)和T型結(jié)構(gòu)。其中由四PIN 二極管構(gòu)成的Π型衰減器由于輸入輸出其對(duì)稱性比較好，偏置電路簡(jiǎn)單，便于多級(jí)直接級(jí)聯(lián)而得到了廣泛地應(yīng)用，傳統(tǒng)線性電調(diào)衰減器的電路框圖如圖1所示。傳統(tǒng)的四PIN 二極管構(gòu)成的Π型衰減器具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，傳統(tǒng)四 PIN二極管Π型衰減器的控制特性圖如圖3所示，由圖3可以看出其控制線性度非常差。由于控制線性度差，控制電壓稍微變化一點(diǎn)就會(huì)引起衰減量劇烈變化，所以不同衰減器之間的一致性很難很好地匹配，不能滿足多路接收系統(tǒng)對(duì)控制一致性和控制線性度要求高的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于發(fā)明一種新的線性電調(diào)衰減器，不僅解決傳統(tǒng)電調(diào)衰減器線性度差、線性控制范圍小、一致性差和調(diào)試?yán)щy的問(wèn)題，而且能夠很好地滿足當(dāng)今多路接收系統(tǒng)對(duì)控制線性度和控制一致性的要求，能方便地多級(jí)直接級(jí)聯(lián)成高衰減量的衰減器，便于批量生產(chǎn)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案在于發(fā)明的線性電調(diào)衰減器包括—個(gè)四PIN 二極管Π型衰減器，對(duì)來(lái)自外部輸入端IN的信號(hào)進(jìn)行衰減，其輸入端通過(guò)隔直流電容Cl與IN相連，其輸出端通過(guò)隔直流電容C2與輸出端OUT相連，其電源端與反向放大器的電源端Vcc相連；和一個(gè)反向放大器，將來(lái)自外部的衰減控制電壓信號(hào)線性地變換成Π型衰減器相應(yīng)的控制信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其輸入端與外部衰減控制端Vcon相連，其輸出端與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，其電源端為Vcc。所述四PIN 二極管Π型衰減器包括二個(gè)隔直流電容C1、C2，其中，Cl的一端與外部輸入端IN相連，Cl的另一端與Rl 的一端相連，C2的一端與R6的一端相連，C2的另一端與輸出端OUT相連；和一個(gè)輸入并聯(lián)PIN 二極管D1、一個(gè)輸入串聯(lián)PIN 二極管D2、一個(gè)輸出串聯(lián)PIN 二極管D3、一個(gè)輸出并聯(lián)PIN 二極管D4、一個(gè)濾波電容C3、一個(gè)濾波電容C4，其中，Dl的陰極與D2的陰極相連，Dl的陽(yáng)極經(jīng)C3接地，D2的陽(yáng)極與D3的陽(yáng)極相連，D4的陰極與D3的陰極相連，D4的陽(yáng)極經(jīng)C4接地；和
偏置電阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6，其中，R4的一端與外部電源端Vcc相連，R4的另一端通過(guò)R3接地，并分別與D2的陽(yáng)極和D3的陽(yáng)極相連，R2的一端與所述四PIN 二極管Π 型衰減器的衰減控制端Vconl相連，R2的另一端與Dl的陽(yáng)極相連，并經(jīng)C3接地，R5的一端與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，R5的另一端與D4的陽(yáng)極相連， 并經(jīng)電容C4接地，Rl的一端分別與Dl的陰極和D2的陰極相連，Rl的另一端接地，R6的一端分別與D4的陰極和D3的陰極相連，R6的另一端接地。所述反向放大器包括一個(gè)單電源feiil-To-fciil運(yùn)算放大器IC1、電阻R7、R8、R9、R10，其中，ICl的正電源端與外部電源端Vcc相連，ICl的正輸入端經(jīng)R7與外部電源端Vcc相接，并經(jīng)R8接地， ICl的負(fù)輸入端經(jīng)RlO與外部衰減控制端Vcon相連，并經(jīng)R9與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl和ICl的輸出端相連。所述隔直流電容C1、C2是常規(guī)普通電容，電容值為IOOOpF 0. 1 μ F，所述濾波電容C3、C4是常規(guī)普通電容，電容值為0. 01 μ F 0. 1 μ F。所述輸入并聯(lián)PIN 二極管D1、輸入串聯(lián)PIN 二極管D2、輸出串聯(lián)PIN 二極管D3、輸出并聯(lián)PIN 二極管D4均為常規(guī)的快速PIN 二極管，其反向擊穿電壓Vbk彡100V，其電阻最小值彡10 Ω，其電阻最大值彡1500 Ω，其結(jié)電容彡0. 35pF。所述單電源Rail-To-Rail運(yùn)算放大器ICl是常規(guī)的單電源Rail-To-Rail運(yùn)算放大器，其工作電壓彡18V，其增益帶寬積彡10MHz，具有Rail-To-Rail輸入和輸出功能。所述偏置電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和電阻R7、R8、R9、RlO均為常規(guī)普通電阻，其中，R1、R6的電阻值均為0. 8 1. 2k Ω，R2、R5的電阻值均為400 600 Ω，R3的電阻值為 1. 8 2. 2kQ，R4的電阻值為600 900 Ω，R7、R8的電阻值均為5. 1 7. 5k Ω，RlO的電阻值為33 47k Ω，R9的電阻值為30 43k Ω。有益效果本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器采用四PIN 二極管Π型衰減器和一個(gè)反向放大器相互連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的線性電調(diào)衰減器相比，它具有以下特點(diǎn)1.本發(fā)明電路采用四PIN 二極管Π型衰減器和一個(gè)反向放大器相互連接來(lái)實(shí)現(xiàn)， 將傳統(tǒng)衰減器對(duì)串聯(lián)PIN二極管控制改為對(duì)并聯(lián)二極管進(jìn)行控制。1)有效地解決了傳統(tǒng)衰減器控制線性差和線性控制范圍小的缺點(diǎn)，因此本發(fā)明電路的一致性很好，基本不需調(diào)試， 便于大批量生產(chǎn)。2、圖5是本發(fā)明具體實(shí)施的四PIN 二極管Π型衰減器的控制特性圖，由圖5可得，本發(fā)明電路的線性控制范圍可達(dá)40dB以上，非線性度優(yōu)于士 ldB，而傳統(tǒng)電調(diào)衰減器的其線性控制范圍只有IOdB左右(由圖3可得)，因此本發(fā)明電路大幅拓展了線性電調(diào)衰減器的線性控制范圍。3)本發(fā)明電路可工作在20MHz 500MHz (由圖6可得)，因此本發(fā)明電路的工作頻率范圍寬。2.本發(fā)明采用四PIN 二極管Π型衰減器的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，使本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器的輸入輸出端可互換使用，也可以直接多級(jí)級(jí)聯(lián)成更大控制范圍的線性電調(diào)衰減器。3.本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器能在5 12V的電源電壓下工作，其線性控制范圍可達(dá)40dB以上，非線性度優(yōu)于士 ldB，而傳統(tǒng)電調(diào)衰減器其在同等要求小的線性控制范圍也只有IOdB。


圖1是傳統(tǒng)線性電調(diào)衰減器的電路框圖；圖2是本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器的電路框圖；圖3是傳統(tǒng)四PIN 二極管Π型衰減器的控制特性圖；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施的線性電調(diào)衰減器的電原理圖；圖5是本發(fā)明具體實(shí)施的四PIN 二極管Π型衰減器的控制特性圖；圖6是本發(fā)明具體實(shí)施的的四PIN 二極管Π型衰減器的控制特性與頻率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明說(shuō)明書中的發(fā)明內(nèi)容就是具體的實(shí)施例，這里不再重復(fù)敘述。下面僅結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明其工作原理及對(duì)各元件參數(shù)的要求。本發(fā)明的電路框圖如圖2所示，本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器電路包括一個(gè)四PIN 二極管Π型衰減器和一個(gè)反向放大器相互連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明具體實(shí)施的線性電調(diào)衰減器的電原理圖如圖4所示。所述四PIN 二極管Π 型衰減器的衰減量由衰減控制端Vcon來(lái)控制。其工作原理如下電源電壓Vcc、電阻R3、 R4、R1以及PIN 二極管D2構(gòu)成輸入串聯(lián)部分的固定偏置；電源電壓Vcc、電阻R3、R4、R6以及PIN 二極管D3構(gòu)成輸出串聯(lián)部分的固定偏置；四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端 Vconl、電阻R2、Rl以及PIN 二極管Dl構(gòu)成輸入并聯(lián)部分的可控偏置；Vconl、電阻R5、R6 以及PIN 二極管D4構(gòu)成輸出并聯(lián)部分的可控偏置；當(dāng)Vconl增大時(shí)，流過(guò)Dl、D4的電流增大，其電阻值減少；同時(shí)R1、R6上的電壓升高，流過(guò)D2、D3的電流增減小，其電阻值增大；整個(gè)衰減器的衰減量增大；當(dāng)Vconl減小時(shí)，流過(guò)D1、D4的電流減小，其電阻值增大；同時(shí)R1、 R6的電壓降低，流過(guò)D2、D3的電流增大，其電阻值減少；整個(gè)衰減器的衰減量減小，從而實(shí)現(xiàn)了由Vconl來(lái)控制Π型衰減器的衰減量的目的。所述反向放大器，其輸入端與外部衰減控制斷端Vcon相連，其輸出端與四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，將來(lái)自外部的衰減控制電壓信號(hào)線性地變換成 Π型衰減器相應(yīng)的控制信號(hào)，并同時(shí)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖3中的電阻R9、R10決定整個(gè)衰減器的控制斜率；電阻R7、R8起電平位移的作用。在圖4中，所述隔直流電容Cl、C2是常規(guī)普通電容，電容值為IOOOpF 0. 1 μ F， 所述濾波電容C3、C4是常規(guī)普通電容，電容值為0. 01 μ F 0. 1 μ F。所述輸入并聯(lián)PIN 二極管D1、輸入串聯(lián)PIN 二極管D2、輸出串聯(lián)PIN 二極管D3、 輸出并聯(lián)PIN 二極管D4均為常規(guī)的快速PIN 二極管，如Aglient公司的HSMP-38XX系列、 Skyworks公司的SMP13XX系列，其反向擊穿電壓Vbk彡100V，其電阻最小值彡10 Ω，其電阻最大值彡1500 Ω，其結(jié)電容彡0. 35pF。所述單電源Rail-To-Rail運(yùn)算放大器ICl是常規(guī)的單電源Rail-To-Rail運(yùn)算放大器，其工作電壓彡18V，其增益帶寬積彡10MHz，具有Rail-To-Rail輸入和輸出功能。所述偏置電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和電阻R7、R8、R9、RlO均為常規(guī)普通電阻，其中，R1、R6的電阻值均為0. 8 1. 2k Ω，R2、R5的電阻值均為400 600 Ω，R3的電阻值為 1. 8 2. 2kQ，R4的電阻值為600 900 Ω，R7、R8的電阻值均為5. 1 7. 5k Ω，RlO的電阻值為33 47k Ω，R9的電阻值為30 43k Ω。
利用Ansoft軟件，在Designer仿真環(huán)境下，對(duì)本發(fā)明的電路原理圖進(jìn)行仿真。本發(fā)明的仿真控制電壓與衰減量的仿真結(jié)果如圖5所示，在仿真過(guò)程中主要采用了以下步驟1)電路的采用線性仿真，固定仿真頻率為60MHz，2)對(duì)外部控制電壓Vcon從O IlV以0. IV步長(zhǎng)進(jìn)行仿真。 利用Ansoft軟件，在Designer仿真環(huán)境下，對(duì)本發(fā)明的在不同控制電壓下衰減量與頻率的關(guān)系仿真結(jié)果如圖6所示，在仿真過(guò)程中主要采用了以下步驟1)電路的采用線性仿真，仿真頻率為10 500MHz，對(duì)數(shù)仿真，100點(diǎn)每10倍頻程。2)對(duì)外部控制電壓Vcon從O IlV以IV步長(zhǎng)進(jìn)行仿真。本發(fā)明的四PIN 二極管Π型衰減器的電路實(shí)測(cè)結(jié)果圖和仿真結(jié)果一致，在工作溫度為-55°C 85°C條件下，控制線性度和一致性變化不大，溫度穩(wěn)定性好。本發(fā)明的線性電調(diào)衰減器采用標(biāo)準(zhǔn)的SMT (Surface Mounting Technology)工藝制造。
權(quán)利要求
1.一種線性電調(diào)衰減器，其特征在于它包括一個(gè)四PIN 二極管Π型衰減器，對(duì)來(lái)自外部輸入端IN的信號(hào)進(jìn)行衰減，其輸入端通過(guò)隔直流電容Cl與IN相連，其輸出端通過(guò)隔直流電容C2與輸出端OUT相連，其電源端與反向放大器的電源端Vcc相連；和一個(gè)反向放大器，將來(lái)自外部的衰減控制電壓信號(hào)線性地變換成Π型衰減器相應(yīng)的控制信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其輸入端與外部衰減控制端Vcon相連，其輸出端與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，其電源端為Vcc。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述四PIN二極管Π型衰減器包括二個(gè)隔直流電容C1、C2，其中，Cl的一端與外部輸入端IN相連，Cl的另一端與Rl的一端相連，C2的一端與R6的一端相連，C2的另一端與輸出端OUT相連；和一個(gè)輸入并聯(lián)PIN 二極管D1、一個(gè)輸入串聯(lián)PIN 二極管D2、一個(gè)輸出串聯(lián)PIN 二極管 D3、一個(gè)輸出并聯(lián)PIN 二極管D4、一個(gè)濾波電容C3、一個(gè)濾波電容C4，其中，Dl的陰極與D2 的陰極相連，Dl的陽(yáng)極經(jīng)C3接地，D2的陽(yáng)極與D3的陽(yáng)極相連，D4的陰極與D3的陰極相連，D4的陽(yáng)極經(jīng)C4接地；和偏置電阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6，其中，R4的一端與外部電源端Vcc相連，R4的另一端通過(guò)R3接地，并分別與D2的陽(yáng)極和D3的陽(yáng)極相連，R2的一端與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，R2的另一端與Dl的陽(yáng)極相連，并經(jīng)C3接地，R5的一端與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl相連，R5的另一端與D4的陽(yáng)極相連，并經(jīng)電容C4接地，Rl的一端分別與Dl的陰極和D2的陰極相連，Rl的另一端接地，R6的一端分別與D4的陰極和D3的陰極相連，R6的另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述反向放大器包括一個(gè)單電源Rail-To-fciil運(yùn)算放大器IC1、電阻R7、R8、R9、R10，其中，ICl的正電源端與外部電源端Vcc相連，ICl的正輸入端經(jīng)R7與外部電源端Vcc相接，并經(jīng)R8接地，ICl 的負(fù)輸入端經(jīng)RlO與外部衰減控制端Vcon相連，并經(jīng)R9與所述四PIN 二極管Π型衰減器的衰減控制端Vconl和ICl的輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述隔直流電容Cl、C2是常規(guī)普通電容，電容值為IOOOpF 0. 1 μ F，所述濾波電容C3、C4是常規(guī)普通電容，電容值為 0. 01 μ F 0. 1 μ F。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述輸入并聯(lián)PIN二極管D1、 輸入串聯(lián)PIN 二極管D2、輸出串聯(lián)PIN 二極管D3、輸出并聯(lián)PIN 二極管D4均為常規(guī)的快速 PIN 二極管，其反向擊穿電壓Vbk彡100V，其電阻最小值彡10 Ω，其電阻最大值彡1500 Ω，其結(jié)電容< 0. 35pF。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述單電源Rail-To-Rail運(yùn)算放大器ICl是常規(guī)的單電源Rai I-T0-Rai 1運(yùn)算放大器，其工作電壓> 18V，其增益帶寬積彡10MHz，具有I ail-To-I ail輸入和輸出功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電調(diào)衰減器，其特征在于所述偏置電阻Rl、R2、R3、R4、 R5、R6和電阻R7、R8、R9、R10均為常規(guī)普通電阻，其中，R1、R6的電阻值均為0. 8 1. 2kΩ , R2、R5的電阻值均為400 600Ω，R3的電阻值為1. 8 2.2kΩ，R4的電阻值為600 ·900 Ω, R7、R8的電阻值均為5. 1 7. 5k Ω，RlO的電阻值為33 47k Ω，R9的電阻值為 30 43k Ω。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線性電調(diào)衰減器，它包括一個(gè)四PIN二極管∏型衰減器和一個(gè)反向放大器。本發(fā)明電路采用四PIN二極管∏型衰減器和一個(gè)反向放大器相互連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，將傳統(tǒng)衰減器對(duì)串聯(lián)PIN二極管控制改為對(duì)并聯(lián)二極管進(jìn)行控制，有效地解決了傳統(tǒng)衰減器控制線性差和線性控制范圍小的缺點(diǎn)，因此本發(fā)明電路的一致性很好，基本不需調(diào)試，便于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明電路的線性控制范圍可達(dá)40dB以上，非線性度優(yōu)于±1dB，大幅拓展了線性電調(diào)衰減器的線性控制范圍，并且可工作于20MHz～500MHz，其頻率范圍寬。本發(fā)明電路適用于通訊、雷達(dá)、聲納和電子對(duì)抗等RF、微波網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H03H7/03GK102195591SQ20111008276
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉登學(xué), 龐佑兵, 梁劍波, 龍學(xué)彬 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所