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什么是射頻衰減器

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:Anton Patyuchenko ? 2023-02-15 10:13 ? 次閱讀

Anton Patyuchenko

為了繼續(xù)針對(duì)非RF工程師的RF系列簡(jiǎn)短討論,我們將討論IC衰減器,并對(duì)其類型、配置和規(guī)格提供一些見解。本文旨在幫助工程師開始使用各種IC產(chǎn)品,并為最終應(yīng)用選擇合適的產(chǎn)品。

衰減器的類型

從關(guān)鍵功能的角度來(lái)看,衰減器可分為衰減水平不變的固定衰減器和衰減水平可調(diào)的可變衰減器。根據(jù)可變衰減器支持的衰減控制形式,它們可以進(jìn)一步分類為具有模擬控制的電壓可變衰減器(VVA)和數(shù)字控制的數(shù)字步進(jìn)衰減器(DSA)。

VVA提供衰減水平的連續(xù)調(diào)整,可以設(shè)置為給定范圍內(nèi)的任何值。模擬可變衰減器通常用于自動(dòng)增益控制電路、校準(zhǔn)校正和其他需要平滑和精確控制信號(hào)的處理功能。

DSA具有一組離散衰減電平,允許以預(yù)定的衰減步長(zhǎng)調(diào)整信號(hào)強(qiáng)度。數(shù)字控制RFIC衰減器提供與微控制器兼容的控制接口,并為在復(fù)雜設(shè)計(jì)中保持功能完整性提供了良好的解決方案。

設(shè)計(jì)配置

衰減器IC可以在砷化鎵、氮化鎵、碳化硅或CMOS技術(shù)中使用電阻器PIN二極管、FET、HEMT和CMOS晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1顯示了作為各種類型的衰減器設(shè)計(jì)配置基礎(chǔ)的三種基本拓?fù)洌篢型、π型和橋接T型網(wǎng)絡(luò)。

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圖1.基本衰減器拓?fù)洌海╝) T 型,(b) π型,(c) 橋接 T 型。

固定值衰減器利用這些通過薄膜和厚膜混合技術(shù)的電阻實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核拓?fù)洌蕴峁┕潭ㄋ降乃p。

VVA通常使用T型或π型配置,二極管或晶體管元件在非線性電阻區(qū)域工作。利用基元件的電阻特性,通過改變控制電壓來(lái)調(diào)整所需的衰減水平。

DSA通常采用多個(gè)級(jí)聯(lián)單元,代表各個(gè)位,可以切換入或切換出以實(shí)現(xiàn)所需的衰減水平。用于DSA設(shè)計(jì)的幾個(gè)配置示例如圖2所示。它們包括集成 SPDT 開關(guān)的配置(使用衰減焊盤和直通線切換輸入和輸出端口)、使用晶體管或二極管作為可切換電阻的開關(guān)縮放器件設(shè)計(jì)、電阻器可以切換入或切換出電路的開關(guān)電阻配置,以及將晶體管或二極管作為設(shè)計(jì)組成部分的器件嵌入式類型設(shè)計(jì)。

raq-issue-204-fig-02.svg?h=270&hash=E34779B2BB8B430CFB03BB25D2FF811F&imgver=1

圖2.DSA 設(shè)計(jì)配置示例:(a) 帶集成開關(guān)的 π 型配置,(b) 開關(guān)縮放 FET 配置,(c) 開關(guān)電阻器配置,(d) FET 嵌入式配置。

衰減器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以布置成反射型或平衡型設(shè)計(jì),示意圖如圖3所示。反射型器件使用連接到3 dB正交耦合器輸出的相等衰減器,通常提供較大的動(dòng)態(tài)范圍。平衡配置使用兩個(gè)3 dB正交耦合器組合了一對(duì)相同的衰減器,并提供良好的VSWR和功率處理能力。

raq-issue-204-fig-03.svg?h=270&hash=D2985D8D4B70F15E874CA7DB3531EA37&imgver=1

圖3.(a) 反射型和(b) 平衡型衰減器設(shè)計(jì)拓?fù)洹?/strong>

除了本文介紹的主要設(shè)計(jì)配置外,還有其他類型的電路用于實(shí)現(xiàn)IC衰減器組件;但是,它們的考慮超出了這篇短文的范圍。1,2

主要規(guī)格

為了為最終應(yīng)用選擇正確類型的衰減器,工程師必須對(duì)其關(guān)鍵規(guī)格有很好的了解。除了衰減能力和一些基本參數(shù)(如輸入和輸出阻抗以及插入損耗和回波損耗)外,還有其他各種特性用于描述衰減器組件,其中關(guān)鍵特性包括:

頻率范圍(Hz):IC保持其指定特性的頻率

衰減(dB):超過插入損耗的抑制量

頻率響應(yīng):衰減水平 (dB) 在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的變化 (Hz)

衰減范圍(dB):組件提供的衰減總值

輸入線性度(dBm):通常用三階交調(diào)截點(diǎn)(IP3)表示,該交調(diào)截點(diǎn)定義了輸入功率電平的假設(shè)點(diǎn),在該點(diǎn)上,相應(yīng)雜散分量的功率將達(dá)到基波分量的相同電平

功率處理(dBm):通常用輸入1 dB壓縮點(diǎn)來(lái)描述,該壓縮點(diǎn)定義了衰減器插入損耗降低1 dB的輸入功率電平;功率處理特性通常針對(duì)穩(wěn)態(tài)和熱開關(guān)模式下的平均和峰值輸入功率電平指定

相對(duì)相位(度):衰減器分量引入信號(hào)的相位偏移

除了這些常用參數(shù)外,可變衰減器還通過其開關(guān)特性來(lái)描述,這些特性通常以ns表示,表示上升和下降時(shí)間、開和關(guān)時(shí)間以及RF輸出信號(hào)的幅度和相位建立時(shí)間。

每種類型的可變衰減器也有固有的特定特性。

對(duì)于VVA,它們與其模擬控制操作有關(guān),包括:

電壓控制范圍(V):在衰減范圍內(nèi)調(diào)整衰減水平所需的電壓

控制特性通常用衰減斜率(dB/V)和性能曲線表示,顯示衰減水平與控制電壓的函數(shù)關(guān)系

就每日生活津貼而言,其固有特征又包括:

衰減精度(也稱為狀態(tài)誤差)(dB):衰減電平相對(duì)于標(biāo)稱值的變化極限

衰減步長(zhǎng) (dB):任意兩個(gè)連續(xù)衰減狀態(tài)之間的增量

步進(jìn)誤差(dB):衰減步長(zhǎng)相對(duì)于標(biāo)稱值的變化極限

過沖、下沖(dB):狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間的信號(hào)瞬變(毛刺)電平

通常需要良好的衰減器組件,以在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)提供平坦的衰減性能和良好的VSWR,以提供足夠的精度和功率處理能力,并確保在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間平滑無(wú)毛刺操作且信號(hào)失真很小,或提供線性控制特性。

結(jié)論

IC衰減器元件的廣泛多樣性當(dāng)然不僅限于本文討論的那些。我們可以識(shí)別其他類型的IC,包括頻率相關(guān)和相位補(bǔ)償衰減器、溫度可變衰減器、帶有集成DAC的可編程VVA等。然而,在本文中,我們研究了最常見的IC衰減器類別,并討論了它們的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵規(guī)格,這有助于RF設(shè)計(jì)人員為最終應(yīng)用選擇合適的元件。

ADI公司提供業(yè)界最廣泛的集成RF元件產(chǎn)品組合。ADI公司的衰減器IC具有多種架構(gòu)和外形尺寸,使設(shè)計(jì)人員能夠靈活地選擇最符合其系統(tǒng)要求的器件。這些器件旨在提供一流的性能和高度可靠的操作,以滿足儀器儀表、通信、軍事和航空航天市場(chǎng)中各種應(yīng)用中最苛刻的要求。

審核編輯:郭婷

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