Anton Patyuchenko

為了繼續(xù)針對非RF工程師的RF系列簡短討論，我們將討論IC衰減器，并對其類型、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)定的衰減步長調(diào)整信號強度。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)計中保持功能完整性提供了良好的解決方案。

設(shè)計配置

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晶體管來實現(xiàn)。圖1顯示了作為各種類型的衰減器設(shè)計配置基礎(chǔ)的三種基本拓撲：T型、π型和橋接T型網(wǎng)絡(luò)。

圖1.基本衰減器拓撲：（a） 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)的電阻實現(xiàn)的內(nèi)核拓撲，以提供固定水平的衰減。

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調(diào)整所需的衰減水平。

DSA通常采用多個級聯(lián)單元，代表各個位，可以切換入或切換出以實現(xiàn)所需的衰減水平。用于DSA設(shè)計的幾個配置示例如圖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、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)計組成部分的器件嵌入式類型設(shè)計。

圖2.DSA 設(shè)計配置示例：（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。

衰減器拓撲結(jié)構(gòu)可以布置成反射型或平衡型設(shè)計，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，通常提供較大的動態(tài)范圍。平衡配置使用兩個3 dB正交耦合器組合了一對相同的衰減器，并提供良好的VSWR和功率處理能力。

圖3.（a） 反射型和（b） 平衡型衰減器設(shè)計拓撲。

除了本文介紹的主要設(shè)計配置外，還有其他類型的電路用于實現(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（IP3）表示，該交調(diào)截點定義了輸入功率電平的假設(shè)點，在該點上，相應(yīng)雜散分量的功率將達到基波分量的相同電平

功率處理（dBm）：通常用輸入1 dB壓縮點來描述，該壓縮點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

相對相位（度）：衰減器分量引入信號的相位偏移

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

每種類型的可變衰減器也有固有的特定特性。

對于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）：衰減電平相對于標(biāo)稱值的變化極限

衰減步長 （dB）：任意兩個連續(xù)衰減狀態(tài)之間的增量

步進誤差（dB）：衰減步長相對于標(biāo)稱值的變化極限

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

通常需要良好的衰減器組件，以在整個工作頻率范圍內(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)換期間平滑無毛刺操作且信號失真很小，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。我們可以識別其他類型的IC，包括頻率相關(guān)和相位補償衰減器、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撲結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵規(guī)格，這有助于RF設(shè)計人員為最終應(yīng)用選擇合適的元件。

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審核編輯：郭婷