数字切换式衰减器的制作方法

本申请根据35u.sc叉引用a(e)要求早期申请日的权益，并根据pct第8条(如适用)要求2016年8月16日提交的共同未决的美国临时专利申请号62/375,782、以及2016年11月11日提交的共同未决的美国临时专利申请号62/420,649的优先权，每个临时专利申请通过引用整体并入本文以用于全部目的。

背景技术：

衰减器一般在基本上不会使诸如电磁信号或射频信号之类的信号的波形失真的情况下，降低该信号的功率。衰减器可以是提供恒定衰减电平的固定衰减器、或者可以是可在多个衰减电平之间配置的可调节的衰减器。可调节的多步长衰减器一般通过级联多个衰减单元(cell)而形成，该多个衰减单元与每个单元之间的电容元件串联耦接。各个衰减单元要么被选择要么被旁路，以实现变化的总衰减电平。

技术实现要素：

各方面和示例涉及包含直接耦接的切换式衰减单元的切换式衰减器，其提供宽的带宽、简化的控制和对工艺变化的低敏感性。宽的带宽可以例如通过以下方式来实现：在不用有意的(intentional)电容元件将一个衰减单元耦接到下一个衰减单元的情况下，将一个衰减单元直接地耦接到下一个衰减单元，从而使切换式衰减器不那么依赖于频率并且扩展了可用带宽。这提供了适用于更广泛应用的衰减器，其与常规设计相比对于给定设计支持更低的低频和更高的高频。简化的控制例如可以通过允许将对各个衰减单元的期望的衰减电平与控制信号的任意映射来实现。此外，本文所公开的切换式衰减器不那么易受到工艺变化的影响，这至少部分地由于在每个衰减单元内实现各种衰减电平的设计方法，该设计方法使用所选择的电路架构和以各种组合的少数元件阻抗来形成整体期望的阻抗值。尽管制造技术和工艺变化带来元件阻抗的变化，但这种方法导致整体阻抗是一致的。

根据一个方面，提供衰减单元以在切换式衰减器中使用。衰减单元包含具有输入、第一开关、电阻网络、第二开关和输出的衰减路径。电阻网络电气地布置在第一开关和第二开关之间，并且被配置为提供从输入到输出的期望的衰减。衰减单元还包含旁路路径和分路开关，该旁路路径与衰减路径并联且具有布置在输入和输出之间的旁路开关，该分路开关耦接在电阻网络和参考节点之间以选择性地将电阻网络连接到参考节点。

根据一些实施例，第一开关、第二开关、旁路开关和分路开关包含切换元件，所述切换元件是晶体管、二极管或微机电元件中的一个。

在至少一个实施例中，旁路开关包含多个切换元件，其数目与第一开关和第二开关中的切换元件的组合数目相等。旁路开关、第一开关和第二开关可以各自形成在公共集成电路裸芯上。在一些实施例中，旁路开关可以具有与第一开关和第二开关的组合基本上相似的寄生特性。旁路开关、第一开关和第二开关可以包含全部相同类型的切换元件。

在一些实施例中，分路开关包含至少四个切换元件。分路开关可以包含八个切换元件。在一些实施例中，分路开关包含若干切换元件，切换元件的数目被选择以降低在任何切换元件中达到击穿电压的可能性。

在实施例中，电阻网络可以是π形网络、t形网络、δ形网络或桥接t形网络。电阻网络可以具有50欧姆的特性阻抗。电阻网络可以包含多个电阻元件。多个电阻元件中的每个可以是相同的。

根据其它方面，提供了一种模块、耦合器、放大器和通信设备，其包含根据上述任何实施例的衰减单元。通信设备可以包含被配置为产生发送信号并且接收接收信号的收发器，并且可以包含耦接到收发器并且被配置为发送发送信号并且接收接收信号的天线和/或电缆。

根据另一个方面，提供了一种切换式衰减器，其包含用于接收输入信号的输入、用于提供衰减后的信号的输出、直接串联耦接在输入和输出之间的多个衰减单元、以及耦接到多个衰减单元中的一个或多个的控制器，该控制器被配置为控制多个衰减单元中的一个或多个的操作状态。

在至少一个实施例中，多个衰减单元中的一个或多个的操作状态包含衰减模式、旁路模式和隔离模式中的至少一个。控制器可以被配置为控制多个衰减单元中的一个或多个的操作状态，以将切换式衰减器置于开路模式，切换式衰减器在开路模式下在输出处基本上不提供输入信号的任何部分。

在一些实施例中，多个衰减单元包含输入单元、输出单元和至少一个中间单元，该至少一个中间单元被插入在输入单元和输出单元之间，在输入单元和输出单元之间没有电容元件。

在一些实施例中，控制器被配置为控制多个衰减单元中的一个或多个的操作状态，以将切换式衰减器置于开路模式，切换式衰减器在开路模式下吸收输入信号的大部分。

在某些实施例中，控制器可以至少通过以下方式将切换式衰减器置于开路模式：控制第一衰减单元衰减在第一衰减单元的输入处接收到的信号，衰减电平由第一衰减单元的电阻网络确定，以及通过控制第二衰减单元中的切换元件处于开路条件来控制第二衰减单元阻断在第二衰减单元的输入处接收到的信号。

根据其它方面，提供了一种模块、耦合器、放大器和通信设备，其包含根据上述任何实施例的切换式衰减器。通信设备可以包含被配置为产生发送信号并且接收接收信号的收发器，并且可以包含耦接到收发器并且被配置为发送发送信号并且接收接收信号的天线和/或电缆。

根据另一个方面，提供了一种切换式衰减器，其包含用于接收输入信号的输入、用于提供衰减后的信号的输出、以及直接串联耦接在输入和输出之间的多个衰减单元。多个衰减单元在相邻衰减单元之间不具有插入的电容耦接元件。多个衰减单元包含耦接到输入的输入单元和耦接到输出的输出单元。多个衰减单元中的每个相应衰减单元包含：具有第一开关、电阻网络和第二开关的衰减路径；与衰减路径并联并具有旁路开关的旁路路径；以及耦接在电阻网络和参考节点之间以选择性地将电阻网络连接到参考节点的分路开关。

在一些实施例中，每个相应衰减单元的旁路开关包含多个切换元件，其数目等于相应衰减单元的第一开关和第二开关中的切换元件的组合数目。每个相应衰减单元的旁路开关可以具有与相应衰减单元的第一开关和第二开关的组合寄生特性基本上相似的寄生特性。在一些示例中，相应衰减单元的旁路开关、第一开关和第二开关的全部切换元件是相同类型的。

在某些实施例中，除了包含在相应衰减单元中的电阻网络之外，多个衰减单元中的每个是相同的。包含在相应衰减单元中的每个电阻网络可以包含多个相同的电阻元件。

一些实施例包含耦接到多个衰减单元中的一个或多个的控制器，该控制器被配置为控制多个衰减单元中的一个或多个的操作状态。

下面还将详细讨论这些示例性方面和示例的其它方面、示例和优点。本文公开的示例可以以与本文公开的至少一个原理一致的任何方式与其它示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“替代示例”、“各种示例”、“一个示例”等的引用不必要是互相排斥的，并且旨在指示可以在至少一个示例中包含所描述的特定特征、结构或特性。本文出现的这样的术语不必要都指代相同的示例。

附图说明

下面参考附图讨论至少一个示例的各个方面，附图不是按比例绘制的。包含附图以提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解，并且附图并入在本说明书中并构成本说明书的一部分，但并不旨在作为本发明的限制的限定。在附图中，在各个图中图示的每个相同或几乎相同的部件由同样的数字表示。为清楚起见，在每个图中可能未标记每个部件。在图中：

图1是示例衰减单元的电路原理图；

图2a至图2b是数字开关的示例的电路原理图；

图3a至图3c是电阻网络的示例的电路原理图；

图4是示例电阻网络的电路原理图；

图5是图1的示例衰减单元的电路原理图，该示例衰减单元包含图2的示例数字开关和图4的示例电阻网络；

图6是多单元数字切换式衰减器的框图；

图7是包含数字切换式衰减器的示例封装模块的框图；

图8a至图8f是包含数字切换式衰减器的示例耦合器模块的框图；

图9a至图9c是包含数字切换式衰减器的示例放大器模块的框图；以及

图10是可以包含一个或多个数字切换式衰减器的示例通信设备的框图。

具体实施方式

本公开的各方面涉及包含直接耦接的切换式衰减单元的切换式衰减器，其提供宽的带宽、简化的控制和对工艺变化的低敏感性。本文所公开的切换式衰减器能够通过一系列单元提供多种衰减电平。可以通过例如可切换地串联连接具有各种衰减电平的一个或多个衰减单元来选择衰减电平。从而，衰减器的总衰减可以被更改，导致不同的衰减电平。此外，切换式衰减器可以包含连接拓扑，该连接拓扑消除对直流(directcurrent，dc)阻隔电容器的需要，并且从而减小整个电路的电抗以最大化有效带宽，例如扩展低频范围并且改善高频衰减(roll-off)，以在广泛的频谱上提供宽范围的高精度线性衰减电平。此外，切换式衰减器可以包含衰减网络(例如，电阻器网络)，该衰减网络补偿由于例如在制造电阻元件时的制造变化引入的偏差。

应当理解，本文所讨论的方法和装置的示例在应用上不限于以下描述中阐述的或附图中图示的构造细节和部件布置。该方法和装置能够在其它示例中实现，并且能够以各种方式实践或实施。本文所提供的具体实现方式的示例仅用于说明目的，而不旨在是限制性的。此外，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。本文使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。对“或”的引用可以被解释为包含性的，以使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个所描述的术语、多于一个所描述的术语和全部所描述的术语中的任何一个。对前和后、左和右、顶部和底部、上部和下部以及垂直和水平的任何引用旨在便于描述，而不是将本系统和方法或其部件限制为任何一个位置或空间取向。

图1图示了被构造为接收输入信号并提供输出信号的示例衰减单元100。如图1所示，衰减单元100在衰减单元输入102处接收输入信号，并在衰减单元输出104处提供输出信号。应当理解，衰减单元100可以是对称的，并且从而在任一端口接收输入信号并仍然以相同的方式起作用。

衰减单元100包含电阻网络106，该电阻网络106与旁路开关108并联耦接且通过一个或多个衰减开关110耦接到信号路径。电阻网络106包含连接到分路开关112的分路端子。取决于电阻网络106以及在各种实施例中，附加的分路端子可以连接到附加的分路开关。

衰减单元100可以通过闭合衰减开关110a、110b(即，导通)并且断开旁路开关108(即，不导通)，来以衰减模式操作，导致输入信号被引导通过电阻网络106，这将通过电阻网络106的作用而降低输入信号的功率电平。在实施例中，在闭合(导通)状态下，电阻网络106的分路端子通过分路开关112耦接到地。

衰减单元100可以通过闭合旁路开关108以旁路掉电阻网络106，来以旁路模式操作，并且提供与输入信号基本上相同的输出信号。

在图1所示的示例中，存在连接到电阻网络106的两个衰减开关110和一个分路开关112。衰减开关110a、110b将电阻网络106连接到衰减单元输入102和衰减单元输出104。分路开关112将电阻网络106的第三端子连接到参考节点，该参考节点是图1的示例中的接地参考电位，但是可以是替代电位或浮动电位。

当衰减单元100处于旁路模式或隔离(即，开路)模式时，衰减开关110和分路开关112在断开(即，不导通)时将电阻网络106从衰减单元100的其余部分隔离，并且从而将电阻网络106从信号路径移除。此外，当以旁路模式操作时，通过将电阻网络106从信号路径隔离，由电阻网络106引起的寄生损耗减小。

旁路开关108、衰减开关110和分路开关112可以取决于特定的实现方式以各种方式构造。旁路开关108、衰减开关110和分路开关112中的任何一个可以实现为单个晶体管或能够被选择性地置于导通状态或不导通状态的其它部件。诸如场效应晶体管(fet)、双极结型晶体管(bjt)等的晶体管可以是合适的部件。此外，在实施例中，可以使用其它元件，诸如微机电系统(mems)开关、二极管、二极管式连接的晶体管、pin二极管等。在实施例中，多个部件可以连接在一起以形成旁路开关108、衰减开关110和分路开关112中的任何一个。

在图2a-2b中，通过串联连接多个场效应晶体管t1-tn，来构造开关200的示例。与单个晶体管相反，多个串联连接的晶体管当关断(不导通)时可以提供比在较少的晶体管上或仅由一个晶体管提供的额外的隔离。此外，由于信号电压电平是跨更多的晶体管而被分布的，所以串联的多个晶体管可以适应更高的输入功率，在必要时降低了任何晶体管中电压击穿的可能性。图2a-2b中还示出了晶体管栅极连接在一起以形成控制输入，使得施加到任何栅极的控制电压实际上被施加到全部栅极，从而控制晶体管的导通或不导通状态。此外，如图所示，各个晶体管的栅极可以经由栅极电阻连接在一起，所述栅极电阻要么作为各个栅极电阻(诸如在图2a中)，要么作为附加的串联栅极电阻(诸如在图2b中)，要么这些或其它布置的任何组合。此外，在实施例中，两个或更多个栅极可以在它们之间没有电阻的情况下，彼此直接电连接。旁路开关108、衰减开关110和分路开关112中的任何一个可以由示例开关200或其变型形成。

除了在衰减模式下时由电阻网络106施加的衰减之外，衰减开关110和其它元件本身也可以衰减输入信号。因此，由电阻网络106提供的衰减可以被设计为略低于总的期望衰减，以补偿由其它元件(诸如开关的)引入的衰减。至少一个实施例的一方面包含将旁路开关108的影响与衰减开关110和/或分路开关112的影响匹配或平衡，以使得由衰减模式产生的衰减相比于旁路模式而言的差异仅仅是由电阻网络106引起。换言之，当衰减单元100从旁路模式切换到衰减模式(或反之亦然)时，将会产生衰减电平的精确改变，并且该衰减电平的精确改变基本上仅仅是由电阻网络106的衰减引起。

如上所述，衰减单元100可以包含电阻网络106，该电阻网络106当衰减单元100处于衰减操作模式时用以衰减输入信号。取决于特定的实现方式，可以采用各种类型的电阻网络106。例如，如下面进一步描述的，电阻网络106可以包含用于衰减器网络或电路拓扑的若干选项，并且可以选择元件值(诸如电阻值)以提供众多衰减电平中的任何一种，诸如例如，1/2db、1db、2db、3db、4db、6db、9db等。

在实施例中，多个衰减单元100耦接在一起，例如，如图6的数字切换式衰减器600那样串联，并且可以通过控制各个衰减单元100处于如上所述的衰减模式或旁路模式来提供可变的衰减电平。此外，通过使至少一个衰减单元100的旁路开关108处于断开(导通)状态以及衰减开关110a或110b中的至少一个处于断开(导通)状态，来控制该至少一个衰减单元100处于隔离模式(即，开路)，使得在衰减单元输入102和衰减单元输出104之间不形成信号路径，从而使数字切换式衰减器600开路。

此外，各个衰减单元100包含电阻网络106，该电阻网络106可以是提供单个恒定衰减电平的固定衰减器、可在预先定义的衰减电平集合之间配置的多步长衰减器、或可在连续衰减电平范围内配置的可变衰减器。

图3a-3c图示了适合用作电阻网络106的固定衰减器电路的示例。图3a图示了t形网络电路拓扑，图3b图示了π形网络电路拓扑，以及图3c图示了桥接t形网络电路拓扑。电阻网络106可以实现为图3a-3c中所示的电路拓扑中的一个或多个，或者可以是图3a-3c中所示的电路拓扑的变型或等效电路，或者可以实现为其它电路拓扑。图3a-3c中所示的电路拓扑的阻抗元件——例如，阻抗r1、r2和r3——可以实现为如图所示的纯电阻，或者可以在各种实施例中包含电感或电容元件。

在至少一个实施例中，图3c的桥接t形网络用作电阻网络106的模型。图3c的桥接t网络包含串联连接在输入端子和输出端子之间的两个阻抗r3、耦接在两个串联连接的阻抗r3和第三端子之间的分路阻抗r1、以及耦接在输入和输出之间的与串联连接的阻抗r3并联的桥阻抗r2。在给定期望的衰减电平a(以db为单位)和期望的特性阻抗z0的情况下，可以基于下面的等式(1)中所示的关系来确定阻抗r1、r2和r3的值：

表1图示了使用等式(1)并假设期望的特性阻抗z0＝50ω时，用以在如上参考图3c所述的桥接t电阻网络106中实现各种衰减步长的阻抗r1、r2和r3的示例值。

表1

关于图3c的电阻网络106和表1的值，可以取决于特定的实现方式通过各种方法来建立每个衰减单元100的阻抗r1、r2和r3。例如，参考图4，并联或串联连接的多个阻抗可以代替单个阻抗r1、r2和r3中的一个或多个。此方法可能是有利的，因为它可以避免使用小的阻抗值，小的阻抗值一般更难以以严格的公差制造和/或可能需要更多的空间。参考表1，具有低衰减电平(例如，1/2db或1db)的衰减器包含相对高的r1值和相对低的r2值。因此，图4的电阻网络106示出具有串联连接的阻抗r1a、r1b和r1c，串联连接的阻抗r1a、r1b和r1c产生r1的加性总值，这在整体上实现较大的r1值同时允许r1a、r1b和r1c的分量值个体上较小。可比较地，图4的电阻网络106示出为具有并联连接的阻抗r2a、r2b和r2c，并联连接的阻抗r2a、r2b和r2c产生低于个体上r2a、r2b和r2c中的任何一个的r2值。此方法允许从多个各个阻抗(例如，r1a、r1b、r1c、r2a、r2b和r2c)中制造阻抗r1和r2(例如，在集成电路中)，这可以在面对制造工艺变化时允许更精确和/或更一致的阻抗r1和r2。

例如，对于期望的特性阻抗z0＝50ω，制造工艺可以能够可靠地产生50ω的电阻阻抗，这可以对于衰减单元100的任何衰减电平可靠地产生阻抗r3，如表1所示。参考表1中的1db值，阻抗r1近似为阻抗r3值的8倍(8x)，并且阻抗r2近似为阻抗r3值的八分之一(1/8x)。使用图4的电路拓扑，通过从8个各自串联连接的50ω的电阻器形成r1，并且从8个各自并联连接的50ω电阻器形成r2，可以更可靠地为1db衰减单元产生图3c的阻抗r1和r2。更一般地，制造多个并联或串联的50ω电阻器可以比制造例如25ω或更少以及100ω或更大的各个电阻器更加精确。此外，并且如在1db示例中，期望的阻抗r1和r2可能不是r3或另一个分量阻抗的精确整数值，但是制造具有相似或近似相同值(虽然不是完全相同的值)的多个分量阻抗一般将产生更一致的等效阻抗的集合，从而产生更加不受制造期间的工艺变化的影响的电阻网络106设计。

虽然图4的电阻网络106示出为具有对阻抗r1有贡献的三个分量阻抗r1a、r1b和r1c，和对阻抗r2有贡献的三个分量阻抗r2a、r2b和r2c，但是应当理解所讨论的示例以及各种实施例可以包含用于电阻网络106任何特定阻抗和任何特定设计的更多或更少的分量阻抗。特别地，通过应用上述方面和关系，可以从几乎任何可用的分量阻抗r集合来设计电阻网络106，以用于几乎任何期望的衰减电平。

在电阻网络106的至少一个实施例中，阻抗r1、r2和r3如图所示被设计为电阻，而没有任何有意的电抗分量。因此，这样的电阻网络106基本上与频率无关。

图5图示了衰减单元100的实施例，衰减单元100包含衰减单元输入102、衰减单元输出104、电阻网络106、旁路开关108、衰减开关110、分路开关112、旁路控制线508以及衰减控制线510。在图5的示例实施例中，旁路开关108、衰减开关110和分路开关112各自包含一个或多个场效应晶体管(fet)。旁路开关108包含两个串联连接的fet，该两个串联连接的fet的沟道栅极通过阻抗耦接到旁路控制线508。旁路开关108fet的沟道栅极接收来自旁路控制线508的信号，该信号将旁路开关108fet置于导通状态或不导通状态。当旁路开关108处于导通状态(例如，由旁路控制线508使能)时，通过衰减单元100的信号路径是从衰减单元输入102通过旁路开关108到衰减单元输出104，从而实际上旁路掉电阻网络106。以此方式，衰减单元100处于旁路模式，并且允许信号在很少衰减或者没有衰减的情况下从衰减单元输入102传递到衰减单元输出104。在实施例中，旁路开关108可以包含更多或更少的切换元件，例如，更多或更少的fet、bjt、mems开关、二极管等。

衰减开关110a、110b分别与衰减单元输入102和衰减单元输出104之间的电阻网络106的两个端子串联连接，并且是从衰减单元输入102到衰减单元输出104的衰减路径的一部分。在图5的示例实施例中，衰减开关110a和110b各自为单个fet。分路开关112是电阻网络106的第三端子和参考节点(诸如地)之间的分路连接。在图5的示例性实施例中，分路开关112包含串联连接的八(8)个fet。在此实施例中，分路开关112中的fet的数目可以变化，并且可以被选择以适应沿着从衰减单元输入102到衰减单元输出104的信号路径的特定信号电压。一个设计准则可以包含fet的数目，以确保当分路开关112被控制为处于断开(不导通)状态时，足够的fet将保持在不导通状态以维持分路开关112整体上处于不导通状态，即使fet沟道中的电压可能由于从衰减单元输入102到衰减单元输出104的信号而变化。此外，可以选择分路开关112中的fet的数目，以提供变化的应用或其它操作要求。

在一些实施例中，衰减开关110和分路开关112的每个fet具有通过阻抗耦接到衰减控制线510的沟道栅极。衰减开关110fet的沟道栅极和分路开关112fet的沟道栅极接收来自衰减控制线510的信号，该信号将衰减开关110和分路开关112置于导通状态或不导通状态。当衰减开关110和分路开关112处于导通状态时(例如，由衰减控制线510使能)，并且当旁路开关108处于不导通状态时(例如，未被旁路控制线508使能)，衰减单元100处于衰减模式，在衰减模式中，通过衰减单元100的信号路径是从衰减单元输入102、通过衰减开关110a、通过电阻网络106的一部分、通过衰减开关110b、并且到衰减单元输出104。一部分信号能量也通过电阻网络106的一部分被分路到参考节点，例如通过分路阻抗r1和分路开关112。以此方式，衰减单元100处于衰减模式，在衰减模式中，在衰减单元输入102处接收到的信号被电阻网络106衰减，并且在衰减单元输出104处提供信号的衰减后的部分。

在各种实施例中，旁路开关108、衰减开关110和分路开关112中的任何一个可以由其它晶体管类型(诸如双极结型晶体管(bjt))或其它合适的切换结构(诸如mems开关或二极管布置)构成，并且每个可以包含更多或更少的晶体管或切换元件，并且可以由其它布置来控制。

在至少一个实施例中，可以将旁路开关108和衰减开关110匹配，以便无论衰减单元100是处于旁路模式还是衰减模式，其对信号具有基本上等效的影响，从而在两种模式之间产生更一致和可预测的变化。在至少一个实施例中，旁路开关108可以被配置为具有基本上等效于衰减开关110的总寄生效应的寄生效应。有益的结果是旁路模式和衰减模式之间的衰减差异基本上仅是电阻网络106的结果，因为旁路路径和衰减路径之间存在最小的(如果有的话)其它差异。

例如，在至少一个实施例中，包含在旁路路径和衰减路径中的切换部件(例如，fet)的数目和类型是相等的。例如，如在图5的衰减单元中，旁路路径(例如，当旁路开关108导通时的信号路径)中存在两个fet，并且衰减路径(例如当衰减开关110导通时的信号路径)中存在两个fet。此外，旁路开关108、衰减开关110和分路开关112中的切换部件(例如fet)可以全部具有相同的类型、种类和设计。利用切换部件的匹配的数目和类型导致了：无论衰减单元100是处于旁路模式还是衰减模式，切换部件对信号具有基本上等效的影响，从而在两种模式之间产生更一致和可预测的变化，即，两种模式之间的衰减差异基本上仅仅是由电阻网络106引起，因为旁路路径和衰减路径之间存在最小的(如果有的话)其它差异。

在一些实施例中，衰减单元100可以包含控制反相器512，该控制反相器512以将旁路控制线508信号保持为与衰减控制线510信号相反的方式，将旁路控制线508耦接到衰减控制线510。例如，在如图5所示可选地包含控制反相器512的情况下，仅需要在衰减控制线510处接收控制信号，并且应用于旁路开关108的控制将自动地与应用于衰减开关110的控制相反。换言之，如图5中可选地布置的，当衰减开关110和分路开关112被控制为接通时旁路开关108将总是断开，并且当衰减开关110和分路开关112被控制为断开时旁路开关108将总是接通。在其它实施例中，控制反相器512可以以相反的方向被包含，使得衰减单元100由旁路控制线508信号控制，其中衰减开关110和分路开关112将自动接收与旁路控制线508信号相反的控制信号。以任一方式提供控制反相器512提供仅需要来自衰减单元100的外部的一个控制输入的益处。在其它实施例中，如前所述，可以不包含控制反相器512，使得旁路控制线508和衰减控制线510可以独立操作。

以上对旁路开关108、衰减开关110和分路开关112的操作和布置的描述标识了衰减单元100的两种模式——旁路模式和衰减模式。此外，可以通过控制至少旁路开关108以及控制衰减开关110a、110b中的至少一个同时处于不导通(即，断开或关断)，来控制衰减单元100处于隔离模式。在隔离模式中，在衰减单元输出104处实际上未提供在衰减单元输入102处接收到的任何信号。虽然必须最低限度地断开旁路开关108以及衰减开关110之一以使衰减单元100处于隔离模式，但是使全部切换元件断开(不导通)以在处于隔离模式时在衰减单元输入102和衰减单元输出104之间产生最大隔离可能是期望的和典型的。

旁路开关108、衰减开关110和分路开关112都处于导通状态(即，闭合或接通)的情况不是在其中操作衰减单元100的典型模式，但是这样的状况将一般基本上等效于旁路模式，因为在衰减单元输入102处接收的任何信号能量的大部分将倾向于遵循通过导通旁路开关108到衰减单元输出104的信号路径。衰减开关110同时处于导通状态的事实将一般引起附加的寄生损耗，这导致与其他情况相比不那么有效的旁路模式。

虽然图5的示例实施例图示了衰减开关110和分路开关112的全部晶体管的共同控制、以及旁路开关108的全部晶体管的共同控制，但在各种实施例中，旁路开关108、衰减开关110、分路开关112的控制，或者旁路开关108、衰减开关110、分路开关112的各个晶体管或切换元件的控制可以不同地布置。在一个这样的实施例中，分路开关112的一个或多个晶体管(或切换元件)可以与串联衰减开关110a、110b分开控制。因此，一些实施例支持混合衰减模式，在混合衰减模式中，衰减单元输入102可以通过电阻网络106经由衰减开关110a和110b耦接到衰减单元输出104，衰减开关110a和110b各自处于导通状态，而分路开关112保持在不导通状态。在这样的情况下，衰减单元100可以提供与分路开关112处于导通状态时不同的衰减电平。

三种基本操作模式：隔离、旁路和衰减，总结在下面的表2中。

表2

如表2所示，每当旁路开关108处于导通状态(闭合)时，衰减单元100实际上处于旁路模式。处于导通状态的旁路开关108形成从衰减单元输入102到衰减单元输出104的基本上直接的耦接，而基本上没有衰减。通过使衰减开关110和分路开关112处于不导通(断开)状态，使由电阻网络106和衰减开关110引起的寄生损耗最小化。在各种实施例中，布置可以是不同的，并且旁路模式可以基于衰减开关110和分路开关112的状态而更加有效或者不那么有效。

如表2中进一步所示，当全部开关都断开(不导通)时，衰减单元100处于隔离模式，在隔离模式中，在衰减单元输出104处基本上未提供在衰减单元输入102处接收到的信号。

如表2中最后所示，当旁路开关108断开(不导通)并且衰减开关110和分路开关112闭合(导通)时，在衰减单元输出104处提供在衰减单元输入102处接收到的信号的衰减后的部分。如前所述，衰减单元输出104处的信号强度从衰减单元输入102处的信号强度减小了电阻网络106的经设计衰减电平。

在各种实施例中，衰减单元100中使用的电阻网络106可以具有变化的设计以适应改变的操作参数或应用，包含衰减电平和阻抗匹配。例如，如前所述，阻抗可以具有变化的值，并且电阻网络106可以具有不同的电路设计，例如t形、π形、δ形、桥接或替代布置。在各种实施例中，衰减单元100中使用的电阻网络106可以是可变的、可调节的或可调谐的衰减器，或者能够被进一步控制以提供各种衰减电平的多步长衰减器。

诸如如图6所示的多单元数字切换式衰减器可以包含串联连接的众多衰减单元100以及控制器612，该控制器612控制一个或多个衰减单元100的旁路开关108、衰减开关110和分路开关112，从而可切换地选择一个或多个衰减单元100处于衰减模式、旁路模式或隔离模式。各个衰减单元600可以被设计为提供相同的衰减电平，或者可以被设计为提供不同的衰减电平。通过选择附加的衰减单元100处于衰减模式(串联)来衰减信号，可以实现更高的衰减。因此，可以选择衰减单元100的集合具有各衰减电平，使得任何期望的衰减电平是可通过在旁路模式和衰减模式之间选择性地切换各种串联连接的衰减单元100而实现的。在某些实施例中，衰减单元600可以全部具有相同的设计(仅在它们各个电阻网络606的电阻值方面不同)以提供不同的衰减电平。此外，即使对于不同的衰减电平，全部衰减单元600也可以具有相同的电阻器部件，仅在串联和/或并联连接的电阻器部件的数目上变化，如上所述。因此，每个衰减单元600的各种信号特性可以基本上相似，基本上仅在所提供的衰减电平上变化。

图6是数字切换式衰减器600的框图，该数字切换式衰减器600包含输入602、输出604和dc串联耦接在输入602和输出604之间的多个衰减单元100。应当理解，每个衰减单元100具有衰减单元输入102和衰减单元输出104，该衰减单元输出104可以串联连接到相邻的衰减单元100。衰减单元输出可以在没有电容耦接元件的情况下耦接到相邻衰减单元输入。数字切换式衰减器600的终端处的衰减单元100a、100n分别提供整个数字切换式衰减器600的输入602和输出604。取决于操作参数和变化的应用需求，数字切换式衰减器600可以包含任何数目的衰减单元100，并且每个个别衰减单元100可以具有任何个别衰减电平。通过控制每个衰减单元100的操作状态(即，处于衰减模式、旁路模式或隔离模式)，可以实现各种总衰减电平中的任何一种。各种实施例可以具有布置在彼此的任何相对位置的任何数目和任何衰减电平的衰减单元100。

图6的数字切换式衰减器600还包含控制器612，控制器612控制将控制信号传送到衰减单元100的旁路控制线508和将控制信号传送到衰减单元100的衰减控制线510。控制器612控制到衰减单元100的旁路信号和衰减信号，从而控制衰减单元100的操作状态，并且因此控制施加到在输入602处接收到的信号的总衰减。例如，控制器612可以经由通信接口从另一个部件接收指令，以确定数字切换式衰减器600的期望操作状态，或者控制器612可以具有各种传感器(诸如输出功率传感器)，并且控制器612可以被编程或者被指示维持某个输出功率电平。可以与控制器612通信的其它部件可以包含例如基带收发器控制器、放大器控制器、耦合器控制器、频带控制器、用于射频前端模块的控制器等。

仍然参考图6，当控制器612通过控制每个衰减单元100的旁路开关108处于闭合(导通)状态而在全部衰减单元100中使能旁路模式时，数字切换式衰减器600能够传递基本上无衰减(0db衰减)的信号。在这种状态下，在输入602处接收到的信号将通过全部衰减单元100的旁路开关108传播，并且在输出604处基本上无衰减地被提供。

通过控制旁路控制线508和衰减控制线510上的信号，并且从而分别控制每个衰减单元100的旁路开关108和衰减开关110的导通或不导通状态，图6的数字切换式衰减器600可以被置于提供任何衰减电平的条件，该任何衰减电平被期望为从0db(即，全部衰减单元100处于旁路模式)到其最大衰减电平(即，全部衰减单元100处于衰减模式)，基于全部衰减单元100当中的旁路模式和衰减模式的可能组合而递增。各种实施例可以具有更多或更少的衰减单元100、或衰减单元100的不同布置、或不同的增量衰减电平，或者可以使衰减单元100的衰减电平被选择、设计或布置为使得全部可能的中间增量值是可实现的，或者可以被布置成使得在不可实现全部可能的中间增量值的情况下仅可实现衰减值的特定集合。控制器612可以被配置为接受一系列二进制输入值，并通过控制旁路控制线508和衰减控制线510上的信号来将它们映射到特定的总衰减电平。在某些实施例中，控制器可以是可编程的或以其它方式可配置的。在某些实施例中可以提供其它合适的控制器。

图6的数字切换式衰减器600可以通过将一个或多个衰减单元100置于隔离模式，以基本上阻断或阻隔在输入602处接收到的信号，从而在输出604处基本上不提供信号(即，基本上无限衰减)。一种方法包含将全部衰减单元100置于隔离模式。更好的方法可以是将若干衰减单元100置于衰减模式，特别是输入602附近的衰减单元、可能以及在输出604附近的那些衰减单元，同时将更中心的衰减单元100置于隔离模式。使外围衰减单元100处于衰减模式的益处是：在输入602(或输出604)处接收到的任何信号在到达隔离的衰减单元之前被该信号遇到的衰减单元100衰减，因此维持在输入602和输出604处的阻抗匹配，并且减少接收到的信号的任何反射部分。由于隔离的衰减单元100中的开路的不连续性，反射信号能量将在该信号遇到的第一个隔离的衰减单元100处发生。

例如，如果图6的数字切换式衰减器600被控制器612控制为处于前两个衰减单元100a、100b处于衰减模式且第三衰减单元100c处于隔离模式的状态，则到达输入602处的信号在到达隔离的第三衰减单元100c之前被前两个衰减单元100a、100b衰减，该衰减可以是例如12db的衰减(例如，已经通过两个6db衰减单元)。随着反射信号通过前两个衰减单元100a、100b向回传递时，任何反射信号(即正被发送回输入602的信号功率)被进一步衰减另一12db，导致反射信号比原本可能的要低至少24db。在一些实施例中，可以包含附加控制线，以与一个或多个衰减单元100的输出衰减开关110b分开地控制该一个或多个衰减单元100的输入衰减开关110a和分路开关112，以提供通过处于隔离模式的衰减单元100的电阻网络106的一部分的信号路径，进一步降低了反射信号的任何部分的功率。以这种方式，可以操作数字切换式衰减器600以基本上既不通过也不反射在输入602或输出604中的任一个处接收到的信号或者在输入602或输出604两者处接收到的信号。

在至少一个实施例中，可以在数字切换式衰减器600的外围处提供具有较高衰减电平的衰减单元100，例如，沿着串联连接的多个衰减单元，最外面的衰减单元可以具有比最内部衰减单元更高的衰减电平。当数字切换式衰减器600处于隔离状态时，其中外围衰减单元处于衰减模式且至少一个中心衰减单元处于隔离模式，这将导致对从输入602或输出604处接收到的信号施加更高的衰减电平。如上所述，这降低了任何反射信号的能量或基本上吸收了接收到的全部信号能量。

常规的多单元衰减器需要dc阻隔电容部件，以确保相邻开关可以具有某些使用状态所需的相反极性，并且因此这些常规设计中的dc阻隔电容器提供dc隔离。在一个或多个衰减单元之间存在dc阻隔元件允许相邻衰减单元中的晶体管沟道相对于彼此被偏置，即，具有从相邻衰减单元的晶体管沟道偏移的dc电压。然而，本文公开的切换式衰减器的方面和实施例减轻或减少了对dc阻隔电容器的需求，部分是因为对于较低频率的信号，dc阻隔电容器的阻抗增加，这要求电容器做得非常大，否则它们会阻隔低频信号。制造大电容器对于集成电路的典型的电路空间的高成本和期望的小尺寸和高效率是不利的。因此，本文所公开的方面和实施例允许多单元衰减器设计，其在衰减单元之间没有电容耦接，并且因此没有沟道偏置，不需要负电压发生器(nvg)，没有待机电流，并且具有对较低频率信号(诸如对于单个数字兆赫兹频率，例如5mhz)的增加的适应性。因此，本文所公开的切换式衰减器的方面和实施例特别适用于较低频率的应用，诸如由具有5mhz至204mhz的上游载波频带的有线数据业务接口规范(docsis)3.1支持的应用。因此，本文所公开的切换式衰减器的方面和实施例适合于这样的应用，并且可以有益地并入放大器或并入设备内(诸如下面参考图9a、图9b和图10所描述的)，以在电缆调制解调器应用内提供可调谐信号电平。例如，可以有利地实现本文所公开的切换式衰减器，以在docsis3.1上游频带上提供精度为+/-0.5db或更好的、1db步长尺寸或更小的单调信号调整。

因此，各方面和示例提供了各种电路设计来扩展切换式衰减器的带宽，例如通过直接将衰减单元彼此串联地dc耦接并且在相邻衰减单元之间没有插入的电容部件。例如，第一衰减单元的输出可以在没有电容器的情况下直接耦接到下一个衰减单元的输入。因此，一系列这样的衰减单元可以是dc耦接的，使得输入处的dc分量可以从一个衰减单元传达到下一个衰减单元，并且可以被传达到输出。在一些示例中，dc分量可以在输出附近被阻隔以保护其它装备，或者可以在切换式衰减器之后(或之外)被阻隔，或者可以根本不被阻隔。

另外，已经提供了将电阻器网络并入在衰减单元内的示例切换式衰减器，其不易受到制造变化的影响。

应当理解，如图1和图5中任一图中所示的衰减单元100和如图6所示的数字切换式衰减器600可以相对于输入和输出对称。通过每个衰减单元100并且从而通过数字切换式衰减器600的信号路径相对于输入102、602和输出104、604对称。这导致衰减单元100和数字切换式衰减器600能够同等地作用于信号，无论该信号是在输入处还是在输出处接收到的。因此，在各种实施例中，输入和输出的标签可以被认为是任意的和可互换的，并且衰减单元100或数字切换式衰减器600可以在正向或反向中的任一方向使用。

根据其它方面，本文所公开的任何衰减器可以并入到各种封装、模块或设备中以创建商业生产单元。图7-9图示了可以包含本文所讨论的任何可配置衰减器的模块的示例。这些示例模块可以包含与本文所公开的衰减器相关联的特征的任何组合，所述特征包含隔离、步长值和对制造变化的补偿。

图7是封装模块700的一个示例的框图，该封装模块700包含本文中作为数字切换式衰减器710而公开的衰减器的实施例。封装模块700包含基板708，诸如，例如用于封装数字切换式衰减器710的电路和其它电路裸芯的封装基板。封装模块700还可以包含控制元件712，诸如控制器。数字切换式衰减器710或控制器712中的任一个可以在裸芯上或在基板708中实现。在一些实施例中，模块700可以包含一个或多个封装结构，以例如提供保护且便于更容易地处理模块700。这样的封装结构可以包含包覆模制件(overmold)，该包覆模制件在封装基板上形成且其尺寸被设计为基本上包装在其上的各种裸芯和部件。封装模块700进一步包含从数字切换式衰减器710和控制器712到基板708外部的连接，诸如输入702、输出704和控制接口706，以提供信号和控制互连。连接702、704和706可以包含触点、引线键合、焊料凸块、焊球、焊盘、引脚、插座等。控制接口706提供接口以与数字切换式衰减器710通信或控制数字切换式衰减器710的可配置性质，例如隔离设置、衰减步长值和补偿，如本文所讨论的。本文所讨论的衰减器的任何方面和实施例可以允许双向操作，使得例如输入702和输出704在任何给定模块700中可以是可互换的。

图8a是耦合器模块800a的示例的框图，该耦合器模块800a包含衰减器810，该衰减器810被配置为衰减来自耦合器806的信号。类似于上面的模块700，模块800a可以包含封装和到外部设备连接。在图8a的示例模块800a中，示出了用于输入802、输出804、耦合输出808和到控制元件820的控制接口812的连接。耦合器806可以提供在输入802处接收到的输入信号的耦合部分并且将其提供给衰减器810，衰减器810根据其当前配置衰减耦合信号。模块800a允许可配置的耦合因子，至少因为衰减器810允许耦合的输出信号的各种衰减值。

图8b是耦合器模块800b的另一个示例的框图，该耦合器模块800b包含被配置为衰减耦合信号的衰减器810。在此示例中，耦合器806被配置用于反向操作，将在输入804处接收到的输入信号的耦合部分提供给衰减器810，衰减器810根据其当前配置衰减耦合信号。

图8c是耦合器模块800c的另一个示例的框图。在此示例中，耦合器806被配置为允许双向切换式耦接。当处于所示配置时，模块800c通过在开关816a处将正向耦接端口切换到衰减器810a并通过在开关816b处将隔离端口切换到终端阻抗814b，来将正向耦合信号(从在输入802处接收到的正向信号耦合而来)提供给衰减器810a。通过交替开关816a、816b的配置，可以将反向耦合信号(来自在输出802处接收到的反向信号)提供给另一个衰减器810b。如图所示，终端阻抗814a和814b可以是可变的或可调节的阻抗。耦合器模块800c例如分别具有两个衰减耦合输出808a和808b，以用于正向和反向耦合信号。

图8d是耦合器模块800d的另一个示例的框图。在此示例中，耦合器806被配置为允许类似于图8c的双向切换式耦接，该耦合器806仅具有单个衰减器810和单个终端阻抗814。图8d的耦合器806可选择性地可切换以耦合正向信号或反向信号，并且衰减器810衰减由耦合器806提供的任何耦合信号。特别地，耦合器806可以提供在输入802处接收到的信号的耦合部分或在输出804处接收到的信号的耦合部分。

图8e是耦合器模块800e的另一个示例的框图。在此示例中，耦合器模块800e包含两个耦合器806a和806b，两个耦合器806a和806b可以被设计为针对不同的频率或频带操作。耦合器模块800e是双频带衰减耦合器模块的示例。每个耦合器806a、806b分别具有输入802a、802b和输出804a、804b。如图所示，耦合器806a、806b的耦接线串联连接，并且每个耦接线将正向耦合信号提供给衰减器810。在耦合输出808处提供的信号是来自第一频带中的第一耦合器806a的耦合信号和来自第二频带中的第二耦合器806b的耦合信号的衰减后的组合。

图8f是耦合器模块800f的另一个示例的框图。耦合器模块800f可以是三频带衰减耦合器模块的示例。耦合器模块800f包含三个耦合器806a、806b、806c，三个耦合器可以被设计为针对不同的频率或频带操作。每个耦合器806a、806b、806c的耦合输出由三工器818组合，该三工器818将组合的耦合信号提供给衰减器810。

虽然图8a至8f图示了具有衰减器810的耦合器模块的各种实施例，但是可以不同地布置其它实施例。例如，耦合器模块可以具有任何数目的一个或多个耦合器，该一个或多个耦合器的各种端口可以以各种方式被提供，并且其耦合输出可以以各种方式被组合(例如，通过串联连接、通过组合器等)，并且其到终端阻抗、组合器和/或衰减器的连接可以被选择性地切换。因此，可以以各种方式布置任何数目的耦合器、衰减器、开关、组合器和阻抗，以适应各种应用需求和/或操作特性。此外，控制电路可以控制各种开关、可调节的阻抗和衰减设置。任何模块可以包含封装结构，以提供保护并便于模块的处理。

图9a是放大器模块900a的示例的框图，该放大器模块900a包含被配置为衰减与功率放大器906相关联的信号的两个衰减器910。类似于上面的模块700和模块800a-f，模块900a可以包含封装和到外部的连接。在图9a的示例模块900a中，示出了用于输入902和输出904的连接。还示出了到衰减器910的控制元件920的控制接口908。衰减器910可以在输入信号被功率放大器906放大之前衰减该输入信号，或者可以衰减由功率放大器906提供的放大后的信号，或者两者。模块900a可以具有替代布置，该替代布置仅具有衰减器910中的一个。如图所示，可以提供并连接两个(或更多个)衰减器910，使得在功率放大器906的输入和输出两者上都发生衰减，这可以在平衡或实现总增益、噪声系数和其它操作参数方面产生灵活性。因此，放大器模块900a可以用作可变增益放大器，因为输出信号与输入信号的比率可以由可配置衰减器910调节。

图9b是放大器模块900b的另一个示例的框图。放大器模块900b包含在单个衰减器910的任一侧串联耦接的两个放大器906。放大器906可以是可调节的增益放大器。放大器模块900b可以包含如上所述的封装。放大器906和衰减器910的布置是可以在可变增益放大器中在平衡或实现总增益、噪声系数和其它操作参数方面允许灵活性的布置的一个示例。替代放大器模块可以包含多个放大器和多个衰减器两者以增加灵活性，并且可以包含切换部件以灵活地路由信号。

图9c是包含衰减器910的中频(if)放大器模块900c的示例的框图。if放大器模块900c示出为在示例中与天线912一起使用，该天线912可以接收射频(rf)信号并将其提供给输入902，低噪声放大器914从输入902提升(boost)信号强度。放大后的rf信号由混频器916与来自本地振荡器918的if波形混频，并且提供给if放大器906。在示例模块900c中，if放大器906具有至少一个集成衰减器910(类似于图9a的放大器模块)以允许可变增益调节。放大后的if信号可以提供给耦接到if放大器模块900c的输出904的解调器922。类似于先前描述的示例模块，if放大器模块900c可以具有控制接口908。可替换实施例可以包含一个或多个衰减器910，该一个或多个衰减器910耦接到放大器906的输入或输出而不是与放大器906集成。

虽然图9a至9c图示了具有衰减器910的放大器模块的各种实施例，但是可以不同地布置其它实施例。

上面描述的图7至图9图示了包含如本文所公开的切换式衰减器的各种示例模块。根据本文公开的那些的其它模块可以包含其它部件和特征，诸如例如传感器、天线开关模块、发送器、接收器、或收发器、以及所公开的或其它部件的任何组合。本文所公开的类型的衰减器可以并入任何数目的封装、模块或设备中，以适应变化的操作参数或具体应用。

在一个实施例中，本文所公开的类型的切换式衰减器可以并入电子设备中。图10中示出了这样的设备的示例，图10是根据本文所讨论的任何原理和优点的可以具有一个或多个切换式衰减器的通信设备1000的框图。示例通信设备1000可以是无线设备(诸如例如移动电话、智能电话、平板、无线接入点、路由器、调制解调器、端点等)，或者可以是有线设备(诸如例如电缆调制解调器、机顶盒等)，或者可以是有线和无线设备的组合。通信设备可以包含图10中未示出的附加元件和/或可以包含那些所示元件的子组合。

示例通信设备1000可以包含外部接口1030a、1030b，例如，通信电缆1036或天线1034可以连接到该外部接口1030a、1030b用于发送和接收通信信号，诸如射频(rf)信号。通信设备1000还可以或替代地具有内部天线1032。耦合器1060可以向传感器1062提供去往或来自接口1030和/或内部天线1032的rf信号的耦合信号，用于监控和调节功率电平和/或传输失配特性。开关模块1050可以将接收到的rf信号从接口1030控制或引导到收发器1020，并且将rf信号从功率放大器1040控制或引导到接口1030。收发器1020可以由具有用户接口1072和存储器1074的基带子系统1070控制，并且示例通信设备1000可以具有功率管理系统1080和电源1082，诸如电池或电源供应器。

根据本文所公开的那些的一个或多个切换式衰减器可以根据通信设备1000的期望操作特性以若干种配置并入通信设备1000中。例如，可以包含切换式衰减器1010以衰减到功率放大器1040的输入信号。切换式衰减器1012可以衰减功率放大器1040的输出信号。衰减器1014和/或切换式衰减器1016可以衰减在开关模块1050与接口1030和/或内部天线1032之间的发送或接收信号或两者，在开关模块1050与接口1030和/或内部天线1032之间具有或不具有耦合器1060。此外，来自耦合器1060的耦合输出可以配置有切换式衰减器1018。可以存在切换式衰减器1010、1012、1014、1016和1018中的任何一个，或者可以以各种附加或替代布置存在附加的切换式衰减器，以衰减不同位置处的信号以适应变化的操作参数或应用。

已经在上面描述了至少一个示例的数个方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。因此，前述的描述和附图仅是示例性的，并且本发明的范围应该由所附权利要求及其等同物的适当构造来确定。