一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器電路，由以下部分組成：一個(gè)共射級(jí)輸入電路，完成電路高頻信號(hào)的輸入；一個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)作為衰減負(fù)載，控制信號(hào)直接控制電流舵工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電路衰減量；兩個(gè)并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管用于提供有效信號(hào)低阻泄放通路，場(chǎng)效應(yīng)管偏置于深線性狀態(tài)，消耗少量面積實(shí)現(xiàn)可變電阻；兩個(gè)電容用于消除電路互連線在高頻時(shí)的寄生電感；實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)有效泄放，衰減。本發(fā)明的有益效果是提供一種有源可變衰減器，易于集成，成本低。
【專利說(shuō)明】—種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有源可變衰減【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，射頻/微波通信系統(tǒng)集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】中，自動(dòng)增益控制系統(tǒng)、超寬帶射頻/微波通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)、相控陣系統(tǒng)大量使用了可變衰減器，完成對(duì)信號(hào)幅度的衰減。當(dāng)前較為成熟的單芯片數(shù)控衰減器采用GaAs單片微波集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)，性能良好但是工藝成品率低，成本高，并且難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。采用BiCMOS工藝可以在成本、性能、集成度獲得較好的折衷。
[0003]當(dāng)前衰減器主流實(shí)現(xiàn)方案是采用無(wú)源衰減網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)成熟可以獲得較好性能。但是無(wú)源衰減網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)衰減器也存在較多弊端，首先無(wú)源衰減網(wǎng)絡(luò)使用大量無(wú)源器件，占用大量芯片面積，成本較高；其次在集成電路制造工藝中無(wú)源器件難以獲得良好精度，最終影響電路整體性能。再次大量使用無(wú)源器件使得寄生效應(yīng)分析變得較為困難。在一定程度上增加了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器電路，解決了現(xiàn)有的衰減器采用無(wú)源衰減網(wǎng)絡(luò)不易集成、成本高的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是由以下部分組成:
[0006]—個(gè)共射級(jí)輸入電路，完成電路高頻信號(hào)的輸入；
[0007]一個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)作為衰減負(fù)載，控制信號(hào)直接控制電流舵工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電路衰減量;
[0008]兩個(gè)并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管用于提供有效信號(hào)低阻泄放通路，場(chǎng)效應(yīng)管偏置于深線性狀態(tài)，消耗少量面積實(shí)現(xiàn)可變電阻；
[0009]兩個(gè)電容用于消除電路互連線在高頻時(shí)的寄生電感；實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)有效泄放，衰減。
[0010]進(jìn)一步，雙極管Ql與雙極管Q2，雙極管Ql與雙極管Q2的發(fā)射級(jí)分別通過(guò)IB接地，雙極管Ql與雙極管Q2的基極分別連接外部射頻輸入信號(hào)，雙極管Ql的集電極、雙極管Q3的發(fā)射極、雙極管Q4的發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源級(jí)連接在一起，雙極管Q2的集電極、雙極管Q5的發(fā)射極、雙極管Q6發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管M2的源級(jí)連接在一起，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極連接雙極管Q4的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連，接收衰減控制信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極連接雙極管Q5的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連，雙極管Q3與雙極管Q6的基極分別與外部衰減控制信號(hào)相連，雙極管Q3和雙極管Q6的集電極分別連接外部設(shè)備進(jìn)行信號(hào)輸出，雙極管Q3和雙極管Q6的集電極還分別通過(guò)負(fù)載連接電源正極，場(chǎng)效應(yīng)管Ml和場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極分別連接電源正極。[0011 ] 進(jìn)一步，所述雙極管Q4集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管Ml漏極與電容Cl 一端相連在一點(diǎn)，所述雙極管Q5集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管M2漏極與電容C2 —端相連在一點(diǎn)，電容Cl和電容C2另一端分別連接電源正極。 [0012] 本發(fā)明的有益效果是提供一種有源可變衰減器，易于集成，成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0014]圖2為傳統(tǒng)電流舵工作于高頻段泄放通路的寄生電感效應(yīng)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明提出的用于高頻衰減的新型電流舵結(jié)構(gòu)；
[0016]圖4為本發(fā)明的整體電原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是采用共射極輸入電路I及電流舵結(jié)構(gòu)2包括:
[0019]一個(gè)共射級(jí)輸入電路I，完成電路高頻信號(hào)的輸入；
[0020]一個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)2作為衰減負(fù)載，控制信號(hào)直接控制電流舵工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電路衰減量；
[0021]兩個(gè)并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管用于提供有效信號(hào)低阻泄放通路，場(chǎng)效應(yīng)管偏置于深線性狀態(tài)，消耗少量面積實(shí)現(xiàn)可變電阻；
[0022]兩個(gè)電容用于消除電路互連線在高頻時(shí)的寄生電感；實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)有效泄放，衰減。
[0023]如圖4所示，本發(fā)明的電路連接方式為本發(fā)明兩個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)連接在輸入雙極管的集電極作為輸入管的負(fù)載。輸入信號(hào)由雙極管的基極輸入?？刂菩盘?hào)一段連接在雙極管Q3、Q6的基極?？刂菩盘?hào)另一端連接在Q4和M1、Q5和M2的基極和柵極。輸出信號(hào)連接在Q3和Q6的集電極。具體電路包括雙極管Ql與雙極管Q2，雙極管Ql與雙極管Q2的發(fā)射級(jí)通過(guò)IB接地，其中IB是電流源，具體實(shí)現(xiàn)方式很多，雙極管Ql與雙極管Q2的基極分別連接外部射頻輸入信號(hào)，雙極管Ql的集電極、雙極管Q3的發(fā)射極、雙極管Q4的發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源級(jí)連接在一起，雙極管Q2的集電極、雙極管Q5的發(fā)射極、雙極管Q6發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管M2的源級(jí)連接在一起，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極連接雙極管Q4的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連，接收衰減控制信號(hào)；△ V控制信號(hào)是指兩條線上的電壓差，會(huì)有主控制信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極連接雙極管Q5的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連；雙極管Q3與雙極管Q6的基極分別與外部衰減控制信號(hào)相連；雙極管Q3和雙極管Q6的集電極連接外部設(shè)備進(jìn)行信號(hào)輸出，雙極管Q3和雙極管Q6的集電極還通過(guò)負(fù)載連接電源正極。本發(fā)明在傳統(tǒng)電流舵的基礎(chǔ)上提出一種新型結(jié)構(gòu)，增加場(chǎng)效應(yīng)管M1，其柵極與雙極管Q4基極連接，接收衰減控制信號(hào)；如圖3所示，場(chǎng)效應(yīng)管Ml漏極與電路正極連接，場(chǎng)效應(yīng)管Ml源極與Q3、Q4發(fā)射級(jí)連接，場(chǎng)效應(yīng)管Ml偏置于深線性區(qū)，深線性區(qū)是MOS管的一種工作狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)下可以當(dāng)成一個(gè)可變電阻使用。這里使用MOS管做電阻避免了無(wú)源電阻器件的使用，在控制信號(hào)的作用下改變導(dǎo)通電阻，這里使用MOS管做電阻避免了無(wú)源電阻器件的使用，以較小的面積實(shí)現(xiàn)一個(gè)可變電阻。形成一條新的信號(hào)泄放通路。實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)更好的衰減。
[0024]本發(fā)明在上述改進(jìn)電流舵基礎(chǔ)上進(jìn)一步增減電容C1、C2，雙極管Q4集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管Ml漏極與電容Cl 一端相連在一點(diǎn),雙極管Q5集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管M2漏極與電容C2 —端相連在一點(diǎn)，電容Cl和電容C2另一端分別連接電源正極。電容Cl、C2被連接線短路，這樣的結(jié)構(gòu)在低頻時(shí)對(duì)信號(hào)無(wú)影響。在高頻時(shí)對(duì)于泄放通路提供了更好的對(duì)地泄放通路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效的泄放。電容的加入在解決了電路在高頻無(wú)法實(shí)現(xiàn)大衰減量的確定。以較小的面積開銷實(shí)現(xiàn)了電路大衰減范圍。作為本發(fā)明的重要部分電容C1、C2采取一種創(chuàng)新的思路短接于導(dǎo)線兩端，解決了出現(xiàn)在射頻集成電路中的寄生電感帶來(lái)的弊端。
[0025]如圖3所示，本發(fā)明中Q3、Q4晶體管在控制電壓Λ V控制下實(shí)現(xiàn)電流的分流。通過(guò)改變電流流經(jīng)有效負(fù)載Rl的比例實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)不同程度的保留。實(shí)現(xiàn)衰減器的衰減功能。
[0026]如圖2所示為傳統(tǒng)的電流舵結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的電流舵基礎(chǔ)上，增加偏置于線性區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極和漏極與雙極管Q4并聯(lián)，柵極接受與雙極管Q4 —樣的信號(hào)。增強(qiáng)了衰減通路泄放信號(hào)的能力。并增加了短路電容Cl，解決了圖2所示導(dǎo)線在高頻時(shí)的寄生電感帶來(lái)的泄放通路阻塞的問(wèn)題。電容Cl被連接線短路，這樣的結(jié)構(gòu)在低頻時(shí)對(duì)信號(hào)無(wú)影響，因?yàn)榈皖l時(shí)電容阻抗無(wú)限大相當(dāng)于開路，在高頻時(shí)對(duì)于泄放通路提供了更好的對(duì)地泄放通路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效的泄放。電容的加入在解決了電路在高頻無(wú)法實(shí)現(xiàn)大衰減量的確定。以較小的面積開銷實(shí)現(xiàn)了電路大衰減范圍。電容Cl采取一種創(chuàng)新的思路短接于導(dǎo)線兩端，解決了出現(xiàn)在射頻集成電路中的寄生電感帶來(lái)的弊端。雙極管Q3、Q4在控制電壓AV控制下實(shí)現(xiàn)電流的分流。通過(guò)改變電流流經(jīng)有效負(fù)載Rl的比例實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)不同程度的保留。實(shí)現(xiàn)衰減器的衰減功能。
[0027]本發(fā)明使用少量無(wú)源器件實(shí)現(xiàn)寬衰減范圍的衰減，從而減少芯片面積。該有源衰減器包含兩部分:共射極放大部分和用于衰減狀態(tài)調(diào)節(jié)的新型電流舵部分；第一部分是傳統(tǒng)的共射極放大電路，射頻信號(hào)由此輸入。第二部分電流舵結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)電流舵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加Ml與Q4并聯(lián)。提供更低阻抗的泄放通路。增加電容Cl，連接在Q4集電極、Ml漏極和交流信號(hào)之間，消除高頻狀態(tài)下互連線寄生電感帶來(lái)的影響。更好的完成信號(hào)的衰減。本發(fā)明可以基于有源電路完成對(duì)射頻信號(hào)更好的衰減，實(shí)現(xiàn)更寬的衰減范圍。
[0028]本發(fā)明可以用于超寬帶/微波通信系統(tǒng)、自動(dòng)增益控制系統(tǒng)、相控陣系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)幅度實(shí)現(xiàn)衰減的功能模塊。為了解決GaAs工藝以及無(wú)緣衰減網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的技術(shù)弊端，本發(fā)明基于BiCMOS工藝提出了一種高頻寬衰減范圍有源衰減器。本發(fā)明可以滿足當(dāng)前射頻集成電路片上系統(tǒng)的發(fā)展要求。本發(fā)明提高了電路成品率，降低了電路所需芯片面積，降低了電路設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)本發(fā)明提出一種新的電路結(jié)構(gòu)，提高了衰減范圍以及高頻衰減特性。本發(fā)明衰減器基于BiCMOS工藝，由雙端共射極放大電路、改進(jìn)電流舵組成。射頻信號(hào)由共射極雙極型晶體管基極輸入，衰減控制信號(hào)施加到電流舵結(jié)構(gòu)，通過(guò)電流舵結(jié)構(gòu)分流作用實(shí)現(xiàn)衰減量的控制。采用一種新型電流舵結(jié)構(gòu)作為共射極的負(fù)載，電路采取有源器件實(shí)現(xiàn)衰減器功能。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]1.與無(wú)源衰減器采用大量無(wú)源器件相比，本發(fā)明電路方案采用有源方案，使用少量無(wú)源器件。節(jié)省了大量面積，降低了電路成本。[0031]2.有源衰減器的設(shè)計(jì)復(fù)雜度低于無(wú)源衰減器。無(wú)源衰減器需要對(duì)多條衰減路徑分別設(shè)計(jì)調(diào)試，設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高。
[0032]3.制造精度高，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。集成電路生產(chǎn)工藝中，無(wú)源器件的精度較有源器件低。
[0033]4.本電路采用新型電流舵結(jié)構(gòu)具有更好的衰減功能。與傳統(tǒng)電流舵相比，本發(fā)明中電流舵有更好的信號(hào)泄放通路。解決了高頻時(shí)寄生電感的影響。
[0034]5.衰減控制信號(hào)通過(guò)控制電流舵結(jié)構(gòu)分流實(shí)現(xiàn)衰減控制；所述電路未改變電路整體偏置，不改變電路整體寄生效應(yīng)的體現(xiàn)，在較寬的頻域獲得更加一致的頻域響應(yīng)。
[0035]6.電流舵結(jié)構(gòu)為改進(jìn)型電流舵結(jié)構(gòu)；改進(jìn)結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)電流舵在可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)更好的泄放，更加適用于衰減電路；增加場(chǎng)效應(yīng)管與泄放雙極管并聯(lián)實(shí)現(xiàn)低阻通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)更好的泄放；
[0036]7.在泄放通路上增加電容Cl、C2與互連線并聯(lián)，為高頻信號(hào)提供更好的對(duì)地通路，消除了電路實(shí)現(xiàn)中互連線的寄生電感帶來(lái)的泄放通路阻抗變高的缺陷。
[0037]8.衰減控制信號(hào)控制電流舵結(jié)構(gòu)內(nèi)部電流分流，不改變電路整體偏置狀態(tài)，電路可在不同衰減狀態(tài)實(shí)現(xiàn)更好線性度。
[0038]9.衰減控制信號(hào)控制電流舵結(jié)構(gòu)內(nèi)的電流分流；未改變整整體電路偏置，可以保證電路在不同衰減狀態(tài)下的頻域響應(yīng)的一致性；獲得良好的高頻衰減性能。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器，其特征在于由以下部分組成: 一個(gè)共射級(jí)輸入電路(I)，完成電路高頻信號(hào)的輸入； 一個(gè)電流舵結(jié)構(gòu)(2)作為衰減負(fù)載，控制信號(hào)直接控制電流舵工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電路衰減量; 兩個(gè)并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管用于提供有效信號(hào)低阻泄放通路，場(chǎng)效應(yīng)管偏置于深線性狀態(tài)，消耗少量面積實(shí)現(xiàn)可變電阻； 兩個(gè)電容用于消除電路互連線在聞?lì)l時(shí)的寄生電感；實(shí)現(xiàn)聞?lì)l彳目號(hào)有效泄放，裳減。
2.按照權(quán)利要求1所述一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器，其特征在于:包括雙極管Ql與雙極管Q2，雙極管Ql與雙極管Q2的發(fā)射級(jí)分別通過(guò)IB接地，雙極管Ql與雙極管Q2的基極分別連接外部射頻輸入信號(hào)，雙極管Ql的集電極、雙極管Q3的發(fā)射極、雙極管Q4的發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源級(jí)連接在一起，雙極管Q2的集電極、雙極管Q5的發(fā)射極、雙極管Q6發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管M2的源級(jí)連接在一起，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極連接雙極管Q4的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連，接收衰減控制信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極連接雙極管Q5的基極并且與外部的衰減控制信號(hào)相連，雙極管Q3與雙極管Q6的基極分別與外部衰減控制信號(hào)相連，雙極管Q3和雙極管Q6的集電極分別連接外部設(shè)備進(jìn)行信號(hào)輸出，雙極管Q3和雙極管Q6的集電極還分別通過(guò)負(fù)載連接電源正極，場(chǎng)效應(yīng)管Ml和場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極分別連接電源正極。
3.按照權(quán)利要求2所述一種高頻寬衰減范圍有源可變衰減器，其特征在于:所述雙極管Q4集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管Ml漏極與電容Cl 一端相連在一點(diǎn)，所述雙極管Q5集電極與所述場(chǎng)效應(yīng)管M2漏極與電容C2 —端相連在一點(diǎn)，電容Cl和電容C2另一端分別連接電源正極。
【文檔編號(hào)】H03H11/24GK103973261SQ201410188025
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】莊奕琪, 李振榮, 井凱, 李小明, 李聰, 劉偉峰, 曾志斌, 靳剛, 湯華蓮 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)