Anton Patyuchenko

為了繼續針對非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、配置和規格提供一些見解。本文旨在幫助工程師開始使用各種IC產品，并為最終應用選擇合適的產品。

衰減器的類型

從關鍵功能的角度來看，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的可變衰減器。根據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）和數字控制的數字步進衰減器（DSA）。

VVA提供衰減水平的連續調整，可以設置為給定范圍內的任何值。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，允許以預定的衰減步長調整信號強度。數字控制RFIC衰減器提供與微控制器兼容的控制接口，并為在復雜設計中保持功能完整性提供了良好的解決方案。

設計配置

衰減器IC可以在砷化鎵、氮化鎵、碳化硅或CMOS技術中使用電阻器、PIN二極管、FET、HEMT和CMOS晶體管來實現。圖1顯示了作為各種類型的衰減器設計配置基礎的三種基本拓撲：T型、π型和橋接T型網絡。

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的電阻實現的內核拓撲，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域工作。利用基元件的電阻特性，通過改變控制電壓來調整所需的衰減水平。

DSA通常采用多個級聯單元，代表各個位，可以切換入或切換出以實現所需的衰減水平。用于DSA設計的幾個配置示例如圖2所示。它們包括集成 SPDT 開關的配置（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縮放器件設計、電阻器可以切換入或切換出電路的開關電阻配置，以及將晶體管或二極管作為設計組成部分的器件嵌入式類型設計。

圖2.DSA 設計配置示例：（a） 帶集成開關的 π 型配置，（b） 開關縮放 FET 配置，（c） 開關電阻器配置，（d） FET 嵌入式配置。

衰減器拓撲結構可以布置成反射型或平衡型設計，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） 平衡型衰減器設計拓撲。

除了本文介紹的主要設計配置外，還有其他類型的電路用于實現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

主要規格

為了為最終應用選擇正確類型的衰減器，工程師必須對其關鍵規格有很好的了解。除了衰減能力和一些基本參數（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：衰減水平 （dB） 在整個頻率范圍內的變化 （Hz）

衰減范圍（dB）：組件提供的衰減總值

輸入線性度（dBm）：通常用三階交調截點（IP3）表示，該交調截點定義了輸入功率電平的假設點，在該點上，相應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態和熱開關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

除了這些常用參數外，可變衰減器還通過其開關特性來描述，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，包括：

電壓控制范圍（V）：在衰減范圍內調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關系

就每日生活津貼而言，其固有特征又包括：

衰減精度（也稱為狀態誤差）（dB）：衰減電平相對于標稱值的變化極限

衰減步長 （dB）：任意兩個連續衰減狀態之間的增量

步進誤差（dB）：衰減步長相對于標稱值的變化極限

過沖、下沖（dB）：狀態轉換期間的信號瞬變（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，并確保在狀態轉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。

結論

IC衰減器元件的廣泛多樣性當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構和關鍵規格，這有助于RF設計人員為最終應用選擇合適的元件。

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審核編輯：郭婷