一种数控衰减电路的制作方法

本实用新型涉及模拟信号的幅度调节技术，具体为一种数控衰减电路。

背景技术：

自然界原始存在的信号都是模拟信号，如声音、图像、亮度、无线电波等，这些模拟信号在无线电用户使用时大部分需要改变其幅度。低、中频模拟信号的幅度控制领域，常见应用对象包括短波无线电信号、雷达中频信号以及其他低、中频段的模拟信号。这些信号在应用时均要求进行幅度大小的调节，满足其后电路的信号接口要求。

模拟信号的幅度调节主要分为机械调节和电子调节两种方式。机械调节方式是通过机械力作用在可变电阻器上，改变可变电阻器在电路中分压比实现信号幅度改变，例如旋转收录音机的音量旋钮改变输出音乐声音大小。电子调节方式是利用电信号控制电路中电子元件参数改变信号幅度大小。电子调节方式又分为模拟控制方式和数字控制方式。模拟控制方式的控制信号为模拟电信号，模拟电信号电压是连续变化的，模拟衰减器的衰减值也是连续变化的。数控方式则是利用“0”和“1”两种数字电平控制衰减器衰减量，衰减量是离散的不连续的，数控方式为遥控提供极大便利。

目前常用的数控衰减器按控制数据位数进行分类，主要有1～6bit，数控衰减器的衰减步进数量为2¹～2⁶；按衰减步进(db)大小进行分类，常用的有0.125、0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0等；按数控衰减范围(db)进行分类，常用的有0～3、0～6、...0～31.5等。

当前市场上的数控衰减器器件主要有两类，一类为幅度衰减步进小(0.125db)精度高(0.1db)，但总衰减范围小；另一类为衰减步进大(如3db)精度低(0.5db)，但总衰减范围大。

目前市场上数控衰减器单芯片器件数控幅度衰减范围大的有0～-31.5db，衰减步进为0.25db(或0.5db)；多芯片组合产品(两片衰减量为0～-31.5db的衰减芯片串接)幅度衰减范围达0～-63db，衰减步进为0.25db。对这些产品进行测量发现，在0～-63db衰减范围内，并不能保证每个步进衰减精度都达到0.25db。在衰减量较小时衰减精度能满足指标要求，但在衰减量大时衰减精度变得很差，衰减误差最大达0.6db，主要原因是电路噪声等影响。通常数控衰减器标称信号输入幅度为0dbm，在衰减量大时(如-60db)信号经衰减后输出幅度太小(-60dbm)，信号受到电路噪声干扰和信号串扰的影响很明显，电路噪声和信号串扰叠加在输出的小信号上，造成输出信号精度不高，衰减精度差达不到标称的0.25db。目前，衰减范围0～-31.5db的6bit衰减器，衰减步进0.5db，衰减精度标称0.1db，实测仅0.1db～0.3db，幅度衰减越大衰减精度越差。用2个0～-31.5db衰减范围的数控衰减器串接得到的衰减范围0～-63db、衰减步进0.5db的衰减模块，衰减精度由于二级衰减器的误差叠加，实测衰减精度仅为0.1db～0.65db，不能在整个衰减范围(0～-63db)内达到0.25db精度要求，即使采用衰减精度标称达0.1db的芯片也难以满足精度要求。为了提高衰减精度，需要另外增加衰减微调电路对该衰减电路进行修正。

在主要以短波发射、接收电信号为对象的模拟信号幅度数控衰减技术应用领域，要求幅度衰减数控范围为0～-62db，步进1db，步进精度0.2db。现有的数控衰减器芯片在满足大幅度的衰减范围的同时，无法满足衰减精度指标。通用的数控衰减器对输入信号进行大数值衰减时由于电路噪声等多种因素影响，导致经衰减后的输出小信号信噪比低，衰减误差增大，不能满足目前技术发展对衰减精度的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种数控衰减电路，包括主衰减电路和译码控制电路，另外还包括衰减微调电路。主衰减电路为串联的第一主衰减器与第二主衰减器，第一和第二衰减微调电路各包括5个三极管和10个电阻。各三极管的基极(b)经1个电阻与译码控制电路相应的控制信号输出端连接，集电极(c)分别经一个微调电阻连接第一主衰减器或第二主衰减器的模拟信号输出端。选择适合的各三极管串接的微调电阻的阻值，对本数控衰减电路的衰减值进行微调，提高本数控衰减电路在衰减范围内的每个衰减步进的衰减精度。

本实用新型设计的一种数控衰减电路包括主衰减电路和译码控制电路，所述主衰减电路包括第一主衰减器与第二主衰减器。第一主衰减器和第二主衰减器为相同的衰减器芯片，内含数控电阻器网络，具有5个数据码输入端口，数控电阻器网络的电阻值由数据码控制，该电阻值决定输入的外部模拟信号经过主衰减器的衰减幅度。

外部模拟信号输入第一主衰减器的模拟信号输入端，第一主衰减器的模拟信号输出端经第一隔离电容与第二隔离电容连接第二主衰减器的模拟信号输入端，第二主衰减器的模拟信号输出端为本数控衰减电路的输出端。

所述译码控制电路为可编程芯片，有6位2进制控制码输入端，其数据码输出端分别连接第一、第二主衰减器的数据码输入端。

本实用新型方案中的还包括衰减微调电路，所述衰减微调电路为分别与第一主衰减器和第二主衰减器配合的第一衰减微调电路和第二衰减微调电路。

第一和第二衰减微调电路结构相同。每个衰减微调电路包括5个三极管和10个电阻。第一衰减微调电路的每个三极管的基极(b)经电阻与译码控制电路相应的控制信号输出端连接，各三极管的集电极(c)分别串接一个微调电阻，五个微调电阻均经第一隔离电容连接第一主衰减器的输出端，各三极管发射极(e)接地。第二衰减微调电路的每个三极管的基极(b)和发射极(e)的连接与第一衰减微调电路的各三极管相同，各三极管的集电极(c)分别串接一个微调电阻，五个微调电阻均经第四隔离电容连接第二主衰减器的输出端。

所述译码控制电路有4组数据码输出端，每组5个数据码输出端，各组分别连接第一主衰减器、第一衰减微调电路、第二主衰减器和第二衰减微调电路的5个数据码或数控码输入端。

当第一、第二衰减微调电路的三极管接收的数控码(qaa/qbb)为“0”时，三极管基极为0电平，三极管截止，集电极与发射极之间的交流阻抗近似为∞，集电极串接的微调电阻悬空，该三极管及微调电阻不影响其所接的主衰减器的输出值。当三极管的数据码(qaa/qbb)为“1”时，三极管基极为高电平，三极管饱和导通，集电极串接的微调电阻接地，即该微调电阻与其所接的主衰减器的负载电阻并联，主衰减器输出的模拟信号电压将被该微调电阻分压衰减。

主衰减器接收的数据码控制主衰减器的数控电阻器网络的电阻值，决定输入的外部模拟信号经过主衰减器的衰减幅度。但由于不同的芯片其性能指标不可能完全相同，组成的电路获得的技术指标也不可能完全一致，再加上不可避免的干扰噪声和信号串扰，主衰减器的幅度衰减无法达到步进精度的要求，此即现有的衰减器存在的问题。本实用新型为第一、第二主衰减器配置的衰减微调电路，可根据具体芯片和具体电路进行调试，选择适合的各三极管串接的微调电阻的阻值，对本数控衰减电路的衰减值进行微调，以使本数控衰减电路在衰减范围内的每个衰减步进的衰减精度均达到0.2db。

本实用新型第一主衰减器与第二主衰减器中数控电阻器网络的电阻值，以及它们连接的第一衰减微调电路和第二衰减微调电路中导通的三极管集电极串接的微调电阻值决定本数控衰减电路的负载电阻，也就决定本数控衰减电路的衰减幅度。根据本数控衰减电路主衰减器芯片的实际情况对第一衰减微调电路和第二衰减微调电路中各三极管集电极串接的微调电阻值进行选择，本数控衰减电路即可实现对输入模拟信号的精确步进衰减。

所述第一、第二主衰减器的控制位数6bit，幅度衰减范围0～-31.5db，衰减步进0.5db，芯片内部集成输入电阻阻抗和输出电阻阻抗均为50ω。

所述2个衰减微调电路的三极管均为高频三极管，特征频率ft≥1000mhz。

所述第一、第二衰减微调电路的各三极管的基极(b)经8.2kω～12kω的电阻与译码控制电路相应的控制信号输出端连接。

本实用新型数控衰减电路的调节时，输出端连接矢量网络分析仪，检测输出端模拟信号的衰减量，调节2个衰减微调电路各三极管集电极连接的微调电阻的阻值。先断开2个衰减微调电路，在译码控制电路分别输入不同的控制码，输入模拟信号，矢量网络分析仪检测主衰减电路输出的模拟信号强度，并计算此时衰减值。以在译码控制电路输入的控制码对应的衰减量理论值与检测所得无衰减微调电路时的衰减量的差为主衰减电路衰减量的误差，计算衰减微调电路所需要的微调电阻值，该微调电阻值与主衰减电路输出电阻的并联，对主衰减器衰减后输出的模拟信号幅度进一步微调衰减。衰减微调电路连接所得的微调电阻，并与主衰减器连接，矢量网络分析仪再次检测主衰减电路的输出的模拟信号强度，并计算此时衰减值，与控制码对应的衰减量理论值比较，若精度仍大于0.2db，对衰减微调电路的微调电阻进一步调节，至输出的模拟信号的衰减量与该控制码对应的衰减量理论值的误差小于或等于0.2db。

与现有技术相比，本实用新型一种数控衰减电路的优点为：1、配置衰减微调电路，提高了2块衰减芯片串接构成的衰减器在大幅度衰减时的衰减精度，本数控衰减电路在整个衰减范围内的步进衰减精度均尽可能降低；与现有的单芯片、2芯片的衰减电路相比，在短波频段内衰减精度提高了0.3～0.5db，达到0.2db，高保真完成对模拟信号幅度的数控衰减，满足用户应用要求；2、采用二块衰减器芯片和衰减微调电路网络的复合设计，易于实现，易于调节。

附图说明

图1为本数控衰减电路实施例的整体结构示意图；

图2为本数控衰减电路实施例的衰减微调电路结构示意图。

具体实施方式

本数控衰减电路实施例的整体结构示意图如图1所示，包括主衰减电路、译码控制电路和衰减微调电路。图内实线连线表示模拟信号，虚线连线表示控制信号。

本例主衰减电路包括第一主衰减器与第二主衰减器。第一主衰减器和第二主衰减器为相同的pe4302衰减器芯片，其内含数控电阻器网络，其具有5个数据码输入端口，数控电阻器网络的电阻值由数据码控制，该电阻值决定输入的外部模拟信号经过主衰减器的衰减幅度。每个pe4302衰减器芯片控制位数6bit，幅度衰减范围0～-31.5db，衰减步进0.5db，芯片内部集成输入电阻阻抗和输出电阻阻抗均为50ω。

外部模拟信号sin输入第一主衰减器的模拟信号输入端，第一主衰减器的模拟信号输出端经第一隔离电容c1与第二隔离电容c2连接第二主衰减器的模拟信号输入端，第二主衰减器的模拟信号输出端经第三隔离电容输出为本数控衰减电路的输出模拟信号sout。

本例译码控制电路为可编程芯片，采用通用fpga/cpld芯片，有6位2进制控制码输入端，并有4组数据码输出端，每组5个数据码输出端，各组分别连接第一主衰减器，第一衰减微调电路，第二主衰减器和第二衰减微调电路的5个数据码或数控码输入端。

本实用新型方案中的所述衰减微调电路为分别与第一主衰减器和第二主衰减器配合的第一衰减微调电路和第二衰减微调电路。

如图2所示，第一和第二衰减微调电路结构相同。每个衰减微调电路包括5个三极管和10个电阻。所述三极管均为高频三极管，特征频率ft≥1000mhz。

第一衰减微调电路的5个三极管q10、q12、q14、q16和q18的基极(b)均经10kω电阻与译码控制电路相应的控制信号输出端连接，接收数控码qaa0、qaa1、qaa2、qaa3和qaa4；各三极管的集电极(c)分别串接一个微调电阻r10、r12、r14、r16和r18，上述五个微调电阻均经第一隔离电容连接第一主衰减器的输出端，各三极管发射极(e)接地。第二衰减微调电路的5个三极管的基极(b)和发射极(e)的连接与第一衰减微调电路的各三极管相似，三极管q20、q22、q24、q26和q28的基极(b)均经10kω电阻与译码控制电路相应的控制信号输出端连接，接收数控码qbb0、qbb1、qbb2、qbb3和qbb4；各三极管的集电极(c)分别串接一个微调电阻r20、r22、r24、r26和r28，上述五个微调电阻均经第四隔离电容c4连接第二主衰减器的输出端。

当第一、第二衰减微调电路的三极管基极所得的数控码为“0”时，三极管基极为0电平，三极管截止，集电极与发射极之间交流阻抗近似为∞，集电极串接的微调电阻悬空，该三极管及微调电阻不影响其所接的主衰减器的输出值。当三极管的数控码为“1”时，三极管基极为高电平，三极管饱和导通，集电极串接的微调电阻接地，即该微调电阻与其所接的主衰减器的负载电阻并联，主衰减器输出的模拟信号电压将被该微调电阻分压衰减。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。