单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片的制作方法

本申请属于数控衰减器技术领域，尤其涉及一种单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片。

背景技术：

数控衰减器是重要的微波控制电路，广泛应用于宽带通信、电子对抗系统、微波无线电通信、雷达以及空间通信等电子设备，在电路中主要起到增益设定和控制的功能，其性能对射频微波系统有着巨大影响。所以研究单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片具有重大的应用价值和现实意义。

衰减器的开关控制器件多采用gaas赝配高电子迁移率晶体管(phemt)器件，具有导通插损更小、速度更快、截止频率更高等特点，因此成为研制数控衰减器的主流器件。衰减器常用的衰减结构主要有t型、π型、桥t型，每种结构均具有优缺点，选择合理的衰减结构与电路的成功研制是密不可分的。但是由于衰减器使用的是耗尽型gaas开关器件，所以大部分衰减器都是由负电控制的。但是在有些整机系统中是不提供负电源的，这样负电控制的衰减器就受到了一定的限制。同时每个衰减位需要两个互补控制电压，如果想要单电压正压控制，通常需要外加ttl驱动器，则增加了应用系统的复杂性。

同时，随着系统小型化强烈需求和gaas单片加工工艺能力的提升，芯片产品的功能更加复杂化。原本单一功能电路的需求逐步减少，更高集成度的芯片应用需求更迫切。因此，针对传统的数控衰减器负电控制实用性差、控制复杂、集成度低等问题，提供一种集成度高、通用性强、单电压正压控制的衰减器芯片是十分必要的。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片，更改传统衰减单元结构，实现正压控制衰减器，同时单片集成驱动器，减少了控制端口，实现单电压控制衰减器，使芯片可以兼容ttl/cmos信号。

一种单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片，包括芯片本体以及集成于芯片本体的芯片电路，其特征在于，所述芯片电路包括衰减模块、电源保护模块以及电平转换模块；

其中，供电电压输入所述电源保护模块的输入端，所述电源保护模块的输出端分别与所述衰减模块的输入端以及所述电平转换模块的供电输入端相连接；

控制电压输入所述电平转换模块的控制输入端，所述电平转换模块的控制输出端连接所述衰减模块的控制输入端；

射频信号输入所述衰减模块，经过衰减控制后输出。

优选的，所述衰减模块包括依次串联的多个衰减单元，所述电平转换模块相应设置有与所述衰减单元同等数量的依次并联的电平转换模块。

优选的，所述电源保护模块包括电容c1、电阻r1组成的滤波电路、晶体管q1，电阻r2、电阻r3；电容c1的一端与晶体管q1的漏极连接，电容c1的另一端连接串联电阻r1后接地，晶体管q1的漏极与栅极之间串联多个二极管以及电阻r2，晶体管q1的栅极连接电阻r2，电阻r2的另一端连接二极管以及电阻r3，电阻r3另一端接地。

优选的，所述电平转换模块包括反相器电路，所述反相器电路包括并联设置的正向控制反相器电路与反向控制反相器电路，输入控制电压经过正向控制反相器电路以及反向控制反相器电路产生两个互补输出正反相控制电压。

优选的，所述正向控制反相器电路包括串联的第一反相器电路与第二反相器电路，晶体管q4、电阻r7和晶体管q5组成第一反相器电路，晶体管q7、电阻r10和晶体管q8组成第二反相器电路；所述反向控制反相器电路包括晶体管q9、电阻r11和晶体管q10组成第三反相器电路；其中，所述电阻r7的一端连接晶体管q4的源极，电阻r7的另一端分别与晶体管q4的栅极以及晶体管q5的漏极连接，电阻r10的一端连接晶体管q7的源极，电阻r10的另一端分别与晶体管q7的栅极以及晶体管q8的漏极连接，晶体管q5的漏极与二极管d16的阳极连接，二极管d16的阴极与电阻r8连接，电阻r8另一端连接晶体管q8的栅极；电阻r11的一端连接晶体管q9的源极，电阻r11的另一端分别与晶体管q9的栅极以及晶体管q10的漏极连接，晶体管q5的栅极与晶体管q10之间通过电阻r12连接。

优选的，所述电平转换模块还包括稳压电路；晶体管q2、晶体管q3、电阻r5、电阻r6组成第一稳压电路，电阻r5的一端连接晶体管q2的漏极，电阻r5的另一端分别与晶体管q2的栅极以及晶体管q5的栅极连接，晶体管q2的源极连接晶体管q3的漏极，电阻r6的一端连接晶体管q3的源极，电阻r6的另一端分别连接晶体管q3的栅极并接地；晶体管q6与电阻r9组成第二稳压电路，晶体管q6的漏极连接二极管d16的阴极，晶体管q6的源极连接电阻r9，电阻r9的另一端分别连接晶体管q6的栅极并接地。

优选的，所述电平转换模块还包括输入保护电路以及输出保护电路；二极管d13、d14、d15以及电阻r4组成输入保护电路，二极管d13的阳极分别连接电阻r4、二极管d14的阴极以及二极管d15的阳极，二极管d14的阳极接地，二极管d15的阴极连接晶体管q2的源极和晶体管q3的漏极；二极管d17、二极管d18、电容c2，以及二极管d19、二极管d20、电容c3组成输出保护电路；其中，二极管d17的阳极分别连接电容c2、二极管d18的阴极以及晶体管q8的漏极，二极管d18的阳极以及电容c2的另一端接地；二极管d19的阳极分别连接电容c3、二极管d20的阴极以及晶体管q10的漏极，二极管d20的阳极以及电容c3的另一端接地。

优选的，所述衰减单元包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、晶体管q11与晶体管q12组成桥t型衰减结构；其中，电阻r16两端分别与晶体管q11的源极与漏极连接，电阻r17的一端与晶体管q11的漏极连接，电阻r17的另一端分别与电阻r18、电阻r19的一端连接，电阻r18、电阻r19的另一端分别与晶体管q11的源极以及晶体管q12的漏极连接。

优选的，所述衰减单元还包括电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r20、电阻r21，以及电容c4、电容c5、电容c6，电容c4和电容c5设置为片外隔直电容，电容c6设置为片内接地隔直电容；其中，电阻r13一端分别与晶体管q11的漏极以及电阻r14连接，电阻r14另一端以及电阻r21与晶体管q12的源极连接，电阻r15与晶体管q11的栅极连接；晶体管q12的栅极连接电阻r20，晶体管q11的漏极与电容c4连接，晶体管q11的源极与电容c5连接，晶体管q12的源极与电容c6连接后接地。

优选的，组成衰减器芯片电路的各个晶体管均采用e/dphemt场效应管。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果在于：

本申请针对传统的数控衰减器设计的基础上更改传统衰减单元结构，提供了一种单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片，通过设计电平转换模块以及衰减模块，电平转换模块设置有多个反相器，实现输入控制电压经过电平转换，产生两个互补输出控制电压的功能。电平转换模块在整个芯片电路中起到单电压控制转互补双电控制衰减器的功能，极大程度缩减了控制电压的端口数目。衰减模块在普通桥t型结构的基础上进行优化，根据各衰减单元需求，调节电阻值，实现不同的衰减控制。衰减模块在整个芯片电路中起到衰减控制的功能，实现正电控制的同时，提高了衰减器自身的衰减精度。与传统衰减器设计相比，本申请为实现正压控制衰减器，同时单片集成驱动器，减少了控制端口，实现单电压控制衰减器，使芯片可以兼容ttl/cmos信号，提高了单片集成度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片的整体结构框图；

图2是本申请的电源保护模块的电路结构示意图；

图3是本申请的电平转换模块的电路结构示意图；

图4是本申请的衰减单元的电路结构示意图。

其中，1-电源保护模块，2-第一电平转换模块，3-第二电平转换模块，4-第三电平转换模块，5-第四电平转换模块，6-第五电平转换模块，7-第六电平转换模块，8-第一衰减单元，9-第二衰减单元，10-第三衰减单元，11-第四衰减单元，12-第五衰减单元，13-第六衰减单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

本申请针对传统的数控衰减器设计的基础上更改传统衰减单元结构，提供了一种单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片，包括芯片本体以及集成于芯片本体的芯片电路，芯片电路包括衰减模块、电源保护模块以及电平转换模块；其中，供电电压输入所述电源保护模块的输入端，电源保护模块的输出端分别与衰减模块的输入端以及所述电平转换模块的供电输入端相连接；控制电压输入电平转换模块的控制输入端，电平转换模块的控制输出端连接衰减模块的控制输入端；射频信号输入衰减模块，经过衰减控制后输出。衰减模块包括依次串联的多个衰减单元，电平转换模块相应设置有与衰减单元同等数量的依次并联的电平转换单元。

具体的，参考图1所示，本实施例中衰减模块具体设置有六个串联的衰减单元，即第一衰减单元8、第二衰减单元9、第三衰减单元10、第四衰减单元11、第五衰减单元12以及第六衰减单元13，其中射频信号输入第一衰减单元8的输入端，第一衰减单元8的输出端与第二衰减单元9的输入端相连接，第二衰减单元9的输出端与第三衰减单元10的输入端相连接，第三衰减单元10的输出端与第四衰减单元11的输入端相连接，第四衰减单元11的输出端与第五衰减单元12的输入端相连接，第五衰减单元12的输出端与第六衰减单元13的输入端相连接，第六衰减单元13的输出端将射频信号输出。

同时，电平转换模块也相应设置有六个电平转换模块，即第一电平转换模块2、第二电平转换模块3、第三电平转换模块4、第四电平转换模块5、第五电平转换模块6以及第六电平转换模块7；供电电压输入电源保护模块1的输入端，电源保护模块1的输出端与第一衰减单元8的输入端相连接，同时电源保护模块1的输出端分别与六个电平转换模块的供电输入端相连接，六位控制电压分别输入六个电平转换模块的控制输入端，六个电平转换模块的控制输出端分别与相应的六个衰减单元的控制输入端相连接。

具体的，电源保护模块1的具体电路设计参考图2所示，本实施例中电源保护模块1包括电容c1、电阻r1组成的滤波电路、晶体管q1，电阻r2、电阻r3；电容c1的一端与晶体管q1的漏极连接，电容c1的另一端连接串联电阻r1后接地，晶体管q1的漏极与栅极之间串联多个二极管以及电阻r2，晶体管q1的栅极连接电阻r2，电阻r2的另一端连接二极管以及电阻r3，电阻r3另一端接地；晶体管q1的漏极接入vdd’端，晶体管q1的源极接地。其中，第一电容c1与第一电阻r1为供电电压vdd起到滤波作用。二极管d1～d12用来控制压降，当供电电压vdd正常供电+5v时，二极管d1～d12没有导通，供电电压vdd’输出供电电压vdd，当供电电压vdd过大时，二极管d1～d12导通。晶体管q1具体为e-modephemt晶体管，在电阻r2和电阻r3的作用下导通，当供电电压vdd过高时，电流主要从晶体管q1回流到地，从而保护了后续电路。本实施例中电源保护模块在整个芯片电路中起到了静电防护作用，将输入的供电电压vdd输出vdd’，给衰减模块和电平转换模块进行供电。

电平转换模块的具体电路设计参考图3所示，电平转换模块包括反相器电路、稳压电路以及输入与输出保护电路。其中，反相器电路包括并联设置的正向控制反相器电路与反向控制反相器电路。其中，正向控制反相器电路包括串联的第一反相器电路与第二反相器电路，电路晶体管q4、电阻r7和晶体管q5组成第一反相器电路，晶体管q7、电阻r10和晶体管q8组成第二反相器电路；反向控制反相器电路包括晶体管q9、电阻r11和晶体管q10组成第三反相器电路；其中，电阻r7的一端连接晶体管q4的源极，电阻r7的另一端分别与晶体管q4的栅极以及晶体管q5的漏极连接，电阻r10的一端连接晶体管q7的源极，电阻r10的另一端分别与晶体管q7的栅极以及晶体管q8的漏极连接，晶体管q5的漏极与二极管d16的阳极连接，二极管d16的阴极与电阻r8连接，电阻r8另一端连接晶体管q8的栅极；电阻r11的一端连接晶体管q9的源极，电阻r11的另一端分别与晶体管q9的栅极以及晶体管q10的漏极连接，晶体管q5的栅极与晶体管q10之间通过电阻r12连接，晶体管q4、q7、q9的漏极均连接vdd’端，晶体管q5、q8、q10的源极均接地。输入控制电压vin经过第一电路与第二电路输出控制电压vout，经过第三电路输出控制电压实现输入控制电压经过电平转换，产生两个互补输出控制电压的功能。

进一步参考图3所示，晶体管q2、q3、电阻r5、r6组成第一稳压电路，电阻r5的一端连接晶体管q2的漏极，电阻r5的另一端分别与晶体管q2的栅极以及晶体管q5的栅极连接，晶体管q2的源极连接晶体管q3的漏极，电阻r6的一端连接晶体管q3的源极，电阻r6的另一端分别连接晶体管q3的栅极并接地；晶体管q6与电阻r9组成第二稳压电路，晶体管q6的漏极连接二极管d16的阴极，晶体管q6的源极连接电阻r9，电阻r9的另一端分别连接晶体管q6的栅极并接地。晶体管q2和电阻r5、晶体管q3和电阻r6、晶体管q6和电阻r9组合可以看作一个很大的电阻，以保证每个反相器的输入节点都有一个固定电压。

二极管d13、d14、d15以及电阻r4组成输入保护电路，二极管d13的阳极分别连接电阻r4、二极管d14的阴极以及二极管d15的阳极，二极管d13的阴极接入vdd’端，二极管d14的阳极接地，二极管d15的阴极连接晶体管q2的源极和晶体管q3的漏极；二极管d17、二极管d18、电容c2，以及二极管d19、二极管d20、电容c3组成输出保护电路；二极管d17、二极管d18和电容c2组成输出控制电压vout的静电保护电路，二极管d19、二极管d20和电容c3组成输出控制电压的静电保护电路。其中，二极管d17的阳极分别连接电容c2、二极管d18的阴极以及晶体管q8的漏极，二极管d17的阴极接入vdd’端，二极管d18的阳极以及电容c2的另一端接地；二极管d19的阳极分别连接电容c3、二极管d20的阴极以及晶体管q10的漏极，二极管d19的阴极接入vdd’端，二极管d20的阳极以及电容c3的另一端接地。其中，二极管d15和二极管d16的作用是调整的反转电平，由于正常情况下，e-mode晶体管0.7v导通，而串联二极管后可使在1.4v时才能开启e-mode晶体管，因此二极管有压降，可以达到提高电路抗干扰能力，防止输入控制电压vin在0～0.7v有波动时，输出电平发生变化。

本实施例中，晶体管q2、晶体管q3、晶体管q4、晶体管q6、晶体管q7和晶体管q9均为d-modephemt逻辑晶体管，晶体管q5、晶体管q8和晶体管q10均为e-modephemt逻辑晶体管。电平转换模块在整个芯片电路中起到单电压控制转互补双电控制衰减器的功能，极大程度缩减了控制电压的端口数目。

衰减单元的具体电路设计参考图4所示，本实施例的衰减单元在传统桥t的结构上进行改进，衰减单元包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、晶体管q11与晶体管q12组成桥t型衰减结构；其中，电阻r16两端分别与晶体管q11的源极与漏极连接，电阻r17的一端与晶体管q11的漏极连接，电阻r17的另一端分别与电阻r18、电阻r19的一端连接，电阻r18、电阻r19的另一端分别与晶体管q11的源极以及晶体管q12的漏极连接。衰减单元通过桥t型结构设计，根据各衰减单元需求，调节电阻值，可以实现0.5db、1db、2db、4db、8db以及16db的衰减量。晶体管q11和晶体管q12均为d-modephemt晶体管，分别作为射频通路和衰减通路的开关控制器件。

进一步参考图4所示，衰减单元还包括电阻r13、电阻r14、电阻r16、电阻r20，电阻r21，以及电容c4、电容c5、电容c6。其中，电阻r13一端连接vdd’端，电阻r13另一端分别与晶体管q11的漏极以及电阻r14连接，电阻r14另一端以及电阻r21与晶体管q12的源极连接，电阻r15与晶体管q11的栅极连接；晶体管q11的漏极与电容c4连接，晶体管q11的源极与电容c5连接，晶体管q12的栅极连接电阻r20，晶体管q12的源极与电容c6连接后接地。电阻r13和电阻r21作为射频隔离大电阻，供电电压vdd’通过射频隔离大电阻作用于开关控制器件的源端，为晶体管q11和晶体管q12提供源极参考电压。当互补控制电压作用于晶体管q11和晶体管q12时，实现直通/衰减的选择，开关控制器件源端的参考电压的存在，使得互补控制电压为正电压0/5v或0/3.3v控制。由于设计频段为50mhz～4ghz，要实现全频段隔直，片内集成会占用很大面积和浪费成本，因此，将电容c4和电容c5设计为片外隔直电容。同时，为防止直流在桥t结构的接地端泄漏，需在片内集成大电容，同时需要片外通过acg端口再集成大电容，实现更好的隔离效果，因此，电容c6设置为片内接地隔直电容。本实施例中衰减单元在整个芯片电路中起到衰减控制的功能，该电路在普通的桥t结构基础上加以优化，实现正电控制的同时，提高了衰减器自身的衰减精度。

综上可知，本申请的单电压正压驱动的单片数控衰减器芯片针对传统的数控衰减器设计的基础上更改传统衰减单元结构，通过设计电源模块、电平转换模块以及衰减模块，电源保护模块在整个芯片电路中起到了静电防护作用，将输入的供电电压vdd输出vdd’，给衰减模块和电平转换模块进行供电。电平转换模块设置有多个反相器，实现输入控制电压经过电平转换，产生两个互补输出控制电压的功能。电平转换模块在整个芯片电路中起到单电压控制转互补双电控制衰减器的功能，极大程度缩减了控制电压的端口数目。衰减模块在普通桥t型结构的基础上进行优化，根据各衰减单元需求，调节电阻值，实现不同的衰减控制。衰减模块在整个芯片电路中起到衰减控制的功能，实现正电控制的同时，提高了衰减器自身的衰减精度。本申请与传统衰减器设计相比，实现正压控制衰减器，同时单片集成驱动器，减少了控制端口，实现单电压控制衰减器，使芯片可以兼容ttl/cmos信号，提高了单片集成度。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。