-什么是射频衰减器如何为我的应用选择合适的RF衰减器

本文针对射频技术的非无线工程师,继续前面的一系列短文。查看IC衰减器,并对类型、配置和规格提出意见。本文档旨在帮助工程师更快地了解各种IC产品,并为终端应用程序选择合适的产品。本系列的相关文章:《适合应用的RF放大器选择指南》、《如何轻松选择合适的频率产生装置》和《RF解码-理解波反射》。

问:

什么是射频衰减器?如何选择适合我的应用程序的RF衰减器?

回答:

衰减器是控制组件,其主要功能是降低通过衰减器的信号强度。该元件通常用于调整信号链的信号电平,扩展系统的动态范围,提供阻抗匹配,并在终端应用程序设计中实现各种校准技术。

简介

本文针对射频技术的非无线工程师,继续前面的一系列短文。查看IC衰减器,并对类型、配置和规格提出意见。本文档旨在帮助工程师更快地了解各种IC产品,并为终端应用程序选择合适的产品。本系列的相关文章:《适合应用的RF放大器选择指南》、《如何轻松选择合适的频率产生装置》和《RF解码-理解波反射》。

衰减器的类型

从核心功能的角度来看,衰减器可以分为固定衰减器和可变衰减器,前者的衰减电平保持不变,后者的衰减电平可以调整。根据可变衰减器支持的衰减控制方法,可以进一步细分为使用模拟控制技术和数字控制技术的电压可变衰减器(VVA)和数字步进衰减器(DSA)。

VVA可以持续调整衰减水平,水平可以设置为指定范围内的任意值。模拟可变衰减器通常用于自动增益控制电路、校准校正和其他需要无缝、准确地控制信号的处理功能。

数字步进衰减器使用一组离散衰减级别,可以根据预设衰减阶段调整信号强度。数字控制RFIC衰减器具有兼容的微控制器控制接口,并提供了在复杂设计中可用于保持功能完整性的出色解决方案。

设计配置

衰减器IC可以使用电阻、引脚二极管、FET、HEMT和CMOS晶体管,并通过GaAs、GaN、SiC或CMOS技术实现。图1显示了构成各种衰减设计配置的三个基本拓扑(T型、型和桥接T型网络)。

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图1。基本衰减器拓扑:(a) T型,(b) 型,(c)桥接T型网络

固定值衰减器使用通过薄膜和厚膜混合技术实现的这些关键拓扑来提供固定衰减电平。

VVA通常使用T型或型配置,二极管或晶体管组件在非线性电阻区域工作。使用基本元件的电阻特性更改控制电压,以调整所需的衰减级别。

DSA通常使用代表单个位的多级联设备,为了达到所需的衰减级别,可以输入或输出。图2显示了DSA设计中使用的一些配置示例。其中包括集成SPDT交换机,通过衰减器和直通功能切换输入和输出端口配置。还有一种设备内置设计,其中开关电阻配置晶体管或二极管是设计的一部分,可以从使用晶体管或二极管作为可调电阻的开关调节装置设计电路切换到输入或输出。

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图2。DSA设计配置示例:(a) 类型配置、使用集成交换机、(B)交换机调整FET配置、(C)交换机阻力配置、(d)FET内置配置

衰减器拓扑结构可用于反射或平衡类型设计,如图3所示。反射型装置使用连接到3 dB正交耦合器输出的等效衰减器,通常提供较大的动态范围。平衡配置使用两个3 dB正交耦合器连接一对相同的衰减器,从而提供出色的VSWR和功率处理能力。

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图3。(a)反射和(b)平衡衰减器设计拓扑

除了本文介绍的主要设计配置外,还可以使用其他类型的电路来实现IC衰减器组件。但是,本文不讨论这些内容。1,2

主要规格

为了选择适合终端应用的衰减器,工程师必须深入了解主要规格。除了衰减功能和一些基本参数(例如插入和回波损失)外,还有许多其他特性可用于描述衰减器组件。主要有:

频率范围(Hz): IC保持指定特性的频率。

衰减(dB):超过插入损失的抑制量

频率响应:整个频率范围(Hz)内的衰减级别(dB)变化

衰减范围(dB):此组件提供的总衰减值

输入线性度(dBm):通常使用三阶交点(IP3)来定义IP3输入功率电平的假想点,其分布元件的功率达到与基础元件相同的水平。

功率处理(dBm):通常用输入1 dB压缩点表示,该点定义了衰减器插入损耗减少1 dB时的输入功率电平。功率处理特性通常是根据正常状态和热切换模式的平均和最大输入功率水平确定的

相对相位(度):衰减器组件传入的信号的相位偏移

除了这些常用参数外,还使用开关特性描述可变衰减器。通常以ns为单位描述上升和下降时间、传导和结束时间、RF输出信号的幅度和相位设置时间。

此外,每种类型的可变衰减器都有自己的特性。对于VVA,与以下模拟控制任务相关:

电压控制范围(v):在衰减范围内调整衰减级别所需的电压

控制特性一般用衰减斜率(dB/V)和性能曲线表示,衰减电平与控制电压有函数关系。

DSA的独特特性包括:

衰减准确度(也称为状态误差)(dB):衰减级别相对于标称值的变化极限。

衰减阶段(dB):两个连续衰减状态之间的变化量

步距误差(dB):衰减步距形状对标称值的变化限制

超调、下降(dB):状态转换期间信号过渡水平(ber)

良好的衰减器组件通常需要在工作频率范围内提供平坦的衰减性能和良好的VSWR,需要提供足够的精度和功率处理能力,在状态转换期间保证平稳、不失真的操作(只有信号较少的失真),或者提供线性控制。

结论

IC衰减器组件的多样性,当然不仅限于本文讨论的内容。还可以找到其他类型的IC,包括基于频率的相位补偿衰减器、温度可变衰减器、带有集成DAC的可编程VVA。本文仅介绍了几种典型的IC衰减器类型,重点介绍了RF设计人员用于为终端应用选择合适组件的拓扑结构和关键规范。

ADI提供了非常丰富的集成RF组件。ADI的衰减器IC提供了多种体系结构和尺寸选项,使设计师能够根据系统要求灵活选择合适的产品。这些产品旨在提供卓越的性能,以满足仪器仪表、通信、军用和航空市场各种应用的苛刻要求。3

参考资料

1Inder J. Bahl。使用Si、GaAs和GaN技术的控制组件。Artech House,2014年。

2Ian Robertson,Stepan Lucyszyn。RFIC/MMIC设计与技术。英国工程技术学会,2001年11月。

3《2021年RF、微波和毫米波产品选择指南》。ADI公司,2021年9月。

资料来源:ADI

作者:安东帕尤琴科

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