[发明专利]一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器

说明书

本发明设计了一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器，以开关嵌入式T型衰减电路和简化T型衰减电路为基本单元，其中4dB、8dB和16dB单元采用T型结构，0.25dB、0.5dB、1dB和2dB单元采用简化T型结构。当控制信号控制所有电路单元工作在衰减态时，衰减器电路工作在最大衰减范围31.5dB，电路其余可调谐的衰减状态由控制信号决定，可调谐步进为0.5dB。本发明采取一系列的温度工艺角误差补偿措施，使电路在大温度范围和各种工艺角条件下均能保持稳定的衰减范围和衰减精度。其电路具体特征在于：用MOS管代替衰减电阻、正负温度系数衰减单元叠加使用、增设用于温度工艺角误差补偿的冗余位。

技术领域

本发明属于数控衰减器技术领域，尤其涉及一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器。

背景技术

无线技术的高速发展和应用场景的扩大，加上集成电路产业工艺的巨大提升，收发模块的小型集成化已成为趋势，对高性能收发芯片的研究与开发已成为学术界与工业界的热点。收发芯片中的幅度控制电路，除了衰减器，还有可变增益放大器(Variable GainAmplifier)。但是由于VGA具有较大的功耗、较差的线性度以及复杂的控制电路，因此目前衰减器更广泛地被应用于收发芯片中。

作为幅度控制电路，衰减器在相控阵通信系统中均有着广泛的运用。首先，为了实现信号幅度的控制，需要衰减器有较大的衰减范围来对旁瓣电平进行调整；其次，为了实现相控阵雷达系统对目标进行准确追踪定位，需要衰减器有较高的衰减精度，能对旁瓣电平进行精确调节。在相控阵的每个天线阵列单元中，无论发射通道还是接收通道都广泛应用了衰减器模块，衰减器的性能直接影响着整个相控阵系统的表现。无源衰减器中使用的阻抗元件较多，其电路性能易受芯片加工时的工艺角和实际工作温度的影响。因此，衰减器的技术指标有衰减范围、衰减精度、附加相移以及上述指标对温度、工艺角的敏感程度。

目前工程中常用的衰减器结构主要包括分布式衰减器结构和开关内嵌式衰减器结构。现有的分布式衰减器电路原理结构如图1所示，往往有着较小的衰减范围，因此对信号幅度的控制范围有限。而衰减范围较大的开关内嵌式衰减器，如图2(a)和图2(b)所示，又经常伴随着插入损耗和附加相移较大的问题，为信号通道的整体增益和相位误差带来压力。并且所有结构的衰减器性能都会受到芯片加工的工艺角和工作温度的影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器,以解决毫米波频段数控衰减器设计中，衰减器的衰减范围较小、衰减精度较差、附加相移较差，并且受温度和工艺角影响大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种具有温度工艺角误差补偿功能的无源数控衰减器，所述无源数控衰减器由0.25到16dB衰减单元电路级联组成，以开关嵌入式T型衰减电路和开关嵌入式简化T型衰减电路为基本单元，每个单元电路采用差分结构；

所述衰减单元的级联顺序从输入端到输出端依次为0.5dB、2dB、4dB、8dB、16dB、1dB和0.25dB，衰减单元电路之间用电感互相连接；

所述4dB、8dB和16dB单元为具有正温度系数的开关嵌入式T型衰减电路结构；所述0.25dB、0.5dB、1dB和2dB单元为具有负温度系数开关嵌入式简化T型衰减电路结构；两种类型的衰减器单元电路级联起来，使得整体电路因温度产生的误差可以互相补偿，实现抵消；

所述0.25dB衰减单元电路，作为一个温度工艺角误差补偿单元使用，在控制编码增加了一位的条件下，使得电路在工作温度和工艺角发生变化时，电路的整体衰减量调谐状态总能满足0.5dB的步进，并且使每个衰减状态的误差小于0.25dB，提高数控衰减器对每个衰减状态的控制精度；

整体电路为每个单元电路分配一位控制信号，控制信号决定该衰减单元工作在衰减态或参考态；当控制信号控制所有电路单元工作在衰减态时，衰减器电路工作在最大衰减范围31.5dB，电路可调谐步进为0.5dB；