专利名称：线性电调衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线性电调衰减器，特别涉及一种由PIN 二极管构成的线性电调衰减器。它的直接应用领域为通讯、雷达、声纳和电子对抗等RF、微波网络领域。
背景技术：
传统电调衰减器的实现方式之一是采用PIN 二极管在高频段PIN 二极管的电阻范围从小于1Ω到IOkQ的可变电阻器(衰减器)，射频工作信号可达50GHz。PIN 二极管的电阻大小由流过其上的正向电流大小来控制。PIN 二极管管电调衰减器的主要结构有Π型结构和T型结构。其中由四PIN 二极管构成的Π型衰减器由于输入输出其对称性比较好，偏置电路简单，便于多级直接级联而得到了广泛地应用，传统线性电调衰减器的电路框图如图1所示。传统的四PIN 二极管构成的Π型衰减器具有价格低廉、结构简单等特点，传统四 PIN二极管Π型衰减器的控制特性图如图3所示，由图3可以看出其控制线性度非常差。由于控制线性度差，控制电压稍微变化一点就会引起衰减量剧烈变化，所以不同衰减器之间的一致性很难很好地匹配，不能满足多路接收系统对控制一致性和控制线性度要求高的应用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于发明一种新的线性电调衰减器，不仅解决传统电调衰减器线性度差、线性控制范围小、一致性差和调试困难的问题，而且能够很好地满足当今多路接收系统对控制线性度和控制一致性的要求，能方便地多级直接级联成高衰减量的衰减器，便于批量生产。本发明解决上述技术问题所采取的技术方案在于发明的线性电调衰减器包括—个四PIN 二极管Π型衰减器，对来自外部输入端IN的信号进行衰减，其输入端通过隔直流电容Cl与IN相连，其输出端通过隔直流电容C2与输出端OUT相连，其电源端与反向放大器的电源端Vcc相连；和一个反向放大器，将来自外部的衰减控制电压信号线性地变换成Π型衰减器相应的控制信号，同时进行电平转换，其输入端与外部衰减控制端Vcon相连，其输出端与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，其电源端为Vcc。所述四PIN 二极管Π型衰减器包括二个隔直流电容C1、C2，其中，Cl的一端与外部输入端IN相连，Cl的另一端与Rl 的一端相连，C2的一端与R6的一端相连，C2的另一端与输出端OUT相连；和一个输入并联PIN 二极管D1、一个输入串联PIN 二极管D2、一个输出串联PIN 二极管D3、一个输出并联PIN 二极管D4、一个滤波电容C3、一个滤波电容C4，其中，Dl的阴极与D2的阴极相连，Dl的阳极经C3接地，D2的阳极与D3的阳极相连，D4的阴极与D3的阴极相连，D4的阳极经C4接地；和
偏置电阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6，其中，R4的一端与外部电源端Vcc相连，R4的另一端通过R3接地，并分别与D2的阳极和D3的阳极相连，R2的一端与所述四PIN 二极管Π 型衰减器的衰减控制端Vconl相连，R2的另一端与Dl的阳极相连，并经C3接地，R5的一端与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，R5的另一端与D4的阳极相连， 并经电容C4接地，Rl的一端分别与Dl的阴极和D2的阴极相连，Rl的另一端接地，R6的一端分别与D4的阴极和D3的阴极相连，R6的另一端接地。所述反向放大器包括一个单电源feiil-To-fciil运算放大器IC1、电阻R7、R8、R9、R10，其中，ICl的正电源端与外部电源端Vcc相连，ICl的正输入端经R7与外部电源端Vcc相接，并经R8接地， ICl的负输入端经RlO与外部衰减控制端Vcon相连，并经R9与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl和ICl的输出端相连。所述隔直流电容C1、C2是常规普通电容，电容值为IOOOpF 0. 1 μ F，所述滤波电容C3、C4是常规普通电容，电容值为0. 01 μ F 0. 1 μ F。所述输入并联PIN 二极管D1、输入串联PIN 二极管D2、输出串联PIN 二极管D3、输出并联PIN 二极管D4均为常规的快速PIN 二极管，其反向击穿电压Vbk彡100V，其电阻最小值彡10 Ω，其电阻最大值彡1500 Ω，其结电容彡0. 35pF。所述单电源Rail-To-Rail运算放大器ICl是常规的单电源Rail-To-Rail运算放大器，其工作电压彡18V，其增益带宽积彡10MHz，具有Rail-To-Rail输入和输出功能。所述偏置电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和电阻R7、R8、R9、RlO均为常规普通电阻，其中，R1、R6的电阻值均为0. 8 1. 2k Ω，R2、R5的电阻值均为400 600 Ω，R3的电阻值为 1. 8 2. 2kQ，R4的电阻值为600 900 Ω，R7、R8的电阻值均为5. 1 7. 5k Ω，RlO的电阻值为33 47k Ω，R9的电阻值为30 43k Ω。有益效果本发明的线性电调衰减器采用四PIN 二极管Π型衰减器和一个反向放大器相互连接来实现。与传统的线性电调衰减器相比，它具有以下特点1.本发明电路采用四PIN 二极管Π型衰减器和一个反向放大器相互连接来实现， 将传统衰减器对串联PIN二极管控制改为对并联二极管进行控制。1)有效地解决了传统衰减器控制线性差和线性控制范围小的缺点，因此本发明电路的一致性很好，基本不需调试， 便于大批量生产。2、图5是本发明具体实施的四PIN 二极管Π型衰减器的控制特性图，由图5可得，本发明电路的线性控制范围可达40dB以上，非线性度优于士 ldB，而传统电调衰减器的其线性控制范围只有IOdB左右(由图3可得)，因此本发明电路大幅拓展了线性电调衰减器的线性控制范围。3)本发明电路可工作在20MHz 500MHz (由图6可得)，因此本发明电路的工作频率范围宽。2.本发明采用四PIN 二极管Π型衰减器的结构完全对称，使本发明的线性电调衰减器的输入输出端可互换使用，也可以直接多级级联成更大控制范围的线性电调衰减器。3.本发明的线性电调衰减器能在5 12V的电源电压下工作，其线性控制范围可达40dB以上，非线性度优于士 ldB，而传统电调衰减器其在同等要求小的线性控制范围也只有IOdB。
图1是传统线性电调衰减器的电路框图；图2是本发明的线性电调衰减器的电路框图；图3是传统四PIN 二极管Π型衰减器的控制特性图；图4是本发明具体实施的线性电调衰减器的电原理图；图5是本发明具体实施的四PIN 二极管Π型衰减器的控制特性图；图6是本发明具体实施的的四PIN 二极管Π型衰减器的控制特性与频率关系图。
具体实施例方式本发明说明书中的发明内容就是具体的实施例，这里不再重复叙述。下面仅结合附图进一步说明其工作原理及对各元件参数的要求。本发明的电路框图如图2所示，本发明的线性电调衰减器电路包括一个四PIN 二极管Π型衰减器和一个反向放大器相互连接来实现。本发明具体实施的线性电调衰减器的电原理图如图4所示。所述四PIN 二极管Π 型衰减器的衰减量由衰减控制端Vcon来控制。其工作原理如下电源电压Vcc、电阻R3、 R4、R1以及PIN 二极管D2构成输入串联部分的固定偏置；电源电压Vcc、电阻R3、R4、R6以及PIN 二极管D3构成输出串联部分的固定偏置；四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端 Vconl、电阻R2、Rl以及PIN 二极管Dl构成输入并联部分的可控偏置；Vconl、电阻R5、R6 以及PIN 二极管D4构成输出并联部分的可控偏置；当Vconl增大时，流过Dl、D4的电流增大，其电阻值减少；同时R1、R6上的电压升高，流过D2、D3的电流增减小，其电阻值增大；整个衰减器的衰减量增大；当Vconl减小时，流过D1、D4的电流减小，其电阻值增大；同时R1、 R6的电压降低，流过D2、D3的电流增大，其电阻值减少；整个衰减器的衰减量减小，从而实现了由Vconl来控制Π型衰减器的衰减量的目的。所述反向放大器，其输入端与外部衰减控制断端Vcon相连，其输出端与四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，将来自外部的衰减控制电压信号线性地变换成 Π型衰减器相应的控制信号，并同时进行电平转换。图3中的电阻R9、R10决定整个衰减器的控制斜率；电阻R7、R8起电平位移的作用。在图4中，所述隔直流电容Cl、C2是常规普通电容，电容值为IOOOpF 0. 1 μ F， 所述滤波电容C3、C4是常规普通电容，电容值为0. 01 μ F 0. 1 μ F。所述输入并联PIN 二极管D1、输入串联PIN 二极管D2、输出串联PIN 二极管D3、 输出并联PIN 二极管D4均为常规的快速PIN 二极管，如Aglient公司的HSMP-38XX系列、 Skyworks公司的SMP13XX系列，其反向击穿电压Vbk彡100V，其电阻最小值彡10 Ω，其电阻最大值彡1500 Ω，其结电容彡0. 35pF。所述单电源Rail-To-Rail运算放大器ICl是常规的单电源Rail-To-Rail运算放大器，其工作电压彡18V，其增益带宽积彡10MHz，具有Rail-To-Rail输入和输出功能。所述偏置电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和电阻R7、R8、R9、RlO均为常规普通电阻，其中，R1、R6的电阻值均为0. 8 1. 2k Ω，R2、R5的电阻值均为400 600 Ω，R3的电阻值为 1. 8 2. 2kQ，R4的电阻值为600 900 Ω，R7、R8的电阻值均为5. 1 7. 5k Ω，RlO的电阻值为33 47k Ω，R9的电阻值为30 43k Ω。
利用Ansoft软件，在Designer仿真环境下，对本发明的电路原理图进行仿真。本发明的仿真控制电压与衰减量的仿真结果如图5所示，在仿真过程中主要采用了以下步骤1)电路的采用线性仿真，固定仿真频率为60MHz，2)对外部控制电压Vcon从O IlV以0. IV步长进行仿真。 利用Ansoft软件，在Designer仿真环境下，对本发明的在不同控制电压下衰减量与频率的关系仿真结果如图6所示，在仿真过程中主要采用了以下步骤1)电路的采用线性仿真，仿真频率为10 500MHz，对数仿真，100点每10倍频程。2)对外部控制电压Vcon从O IlV以IV步长进行仿真。本发明的四PIN 二极管Π型衰减器的电路实测结果图和仿真结果一致，在工作温度为-55°C 85°C条件下，控制线性度和一致性变化不大，温度稳定性好。本发明的线性电调衰减器采用标准的SMT (Surface Mounting Technology)工艺制造。
权利要求
1.一种线性电调衰减器，其特征在于它包括一个四PIN 二极管Π型衰减器，对来自外部输入端IN的信号进行衰减，其输入端通过隔直流电容Cl与IN相连，其输出端通过隔直流电容C2与输出端OUT相连，其电源端与反向放大器的电源端Vcc相连；和一个反向放大器，将来自外部的衰减控制电压信号线性地变换成Π型衰减器相应的控制信号，同时进行电平转换，其输入端与外部衰减控制端Vcon相连，其输出端与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，其电源端为Vcc。
2.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述四PIN二极管Π型衰减器包括二个隔直流电容C1、C2，其中，Cl的一端与外部输入端IN相连，Cl的另一端与Rl的一端相连，C2的一端与R6的一端相连，C2的另一端与输出端OUT相连；和一个输入并联PIN 二极管D1、一个输入串联PIN 二极管D2、一个输出串联PIN 二极管 D3、一个输出并联PIN 二极管D4、一个滤波电容C3、一个滤波电容C4，其中，Dl的阴极与D2 的阴极相连，Dl的阳极经C3接地，D2的阳极与D3的阳极相连，D4的阴极与D3的阴极相连，D4的阳极经C4接地；和偏置电阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6，其中，R4的一端与外部电源端Vcc相连，R4的另一端通过R3接地，并分别与D2的阳极和D3的阳极相连，R2的一端与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，R2的另一端与Dl的阳极相连，并经C3接地，R5的一端与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl相连，R5的另一端与D4的阳极相连，并经电容C4接地，Rl的一端分别与Dl的阴极和D2的阴极相连，Rl的另一端接地，R6的一端分别与D4的阴极和D3的阴极相连，R6的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述反向放大器包括一个单电源Rail-To-fciil运算放大器IC1、电阻R7、R8、R9、R10，其中，ICl的正电源端与外部电源端Vcc相连，ICl的正输入端经R7与外部电源端Vcc相接，并经R8接地，ICl 的负输入端经RlO与外部衰减控制端Vcon相连，并经R9与所述四PIN 二极管Π型衰减器的衰减控制端Vconl和ICl的输出端相连。
4.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述隔直流电容Cl、C2是常规普通电容，电容值为IOOOpF 0. 1 μ F，所述滤波电容C3、C4是常规普通电容，电容值为 0. 01 μ F 0. 1 μ F。
5.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述输入并联PIN二极管D1、 输入串联PIN 二极管D2、输出串联PIN 二极管D3、输出并联PIN 二极管D4均为常规的快速 PIN 二极管，其反向击穿电压Vbk彡100V，其电阻最小值彡10 Ω，其电阻最大值彡1500 Ω，其结电容< 0. 35pF。
6.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述单电源Rail-To-Rail运算放大器ICl是常规的单电源Rai I-T0-Rai 1运算放大器，其工作电压> 18V，其增益带宽积彡10MHz，具有I ail-To-I ail输入和输出功能。
7.根据权利要求1所述的线性电调衰减器，其特征在于所述偏置电阻Rl、R2、R3、R4、 R5、R6和电阻R7、R8、R9、R10均为常规普通电阻，其中，R1、R6的电阻值均为0. 8 1. 2kΩ , R2、R5的电阻值均为400 600Ω，R3的电阻值为1. 8 2.2kΩ，R4的电阻值为600 ·900 Ω, R7、R8的电阻值均为5. 1 7. 5k Ω，RlO的电阻值为33 47k Ω，R9的电阻值为 30 43k Ω。
全文摘要
本发明涉及一种线性电调衰减器，它包括一个四PIN二极管∏型衰减器和一个反向放大器。本发明电路采用四PIN二极管∏型衰减器和一个反向放大器相互连接来实现，将传统衰减器对串联PIN二极管控制改为对并联二极管进行控制，有效地解决了传统衰减器控制线性差和线性控制范围小的缺点，因此本发明电路的一致性很好，基本不需调试，便于大批量生产。本发明电路的线性控制范围可达40dB以上，非线性度优于±1dB，大幅拓展了线性电调衰减器的线性控制范围，并且可工作于20MHz～500MHz，其频率范围宽。本发明电路适用于通讯、雷达、声纳和电子对抗等RF、微波网络领域。
文档编号H03H7/03GK102195591SQ20111008276
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者刘登学, 庞佑兵, 梁剑波, 龙学彬 申请人:中国电子科技集团公司第二十四研究所