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什么是射頻衰減器?

jf_pJlTbmA9 ? 來源:jf_pJlTbmA9 ? 作者:jf_pJlTbmA9 ? 2023-07-11 16:17 ? 次閱讀
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問題

什么是射頻衰減器?如何為我的應用選擇合適的RF衰減器?

答案

衰減器是一種控制元件,主要功能是降低通過衰減器的信號強度。這種元件一般用于平衡信號鏈中的信號電平、擴展系統(tǒng)的動態(tài)范圍、提供阻抗匹配,以及在終端應用設計中實施多種校準技術。

簡介

本文延續(xù)之前一系列短文,面向非射頻工程師講解射頻技術。ADI將在文中探討IC衰減器,并針對其類型、配置和規(guī)格提出一些見解,旨在幫助工程師更快了解各種IC產(chǎn)品,并為終端應用選擇合適的產(chǎn)品。該系列的相關文章包括:“為應用選擇合適的RF放大器指南”、“如何輕松選擇合適的頻率產(chǎn)生器件”和“RF解密–了解波反射”。

衰減器的類型

從關鍵功能這個角度,衰減器可以分為固定衰減器和可變衰減器,前者的衰減電平保持不變,后者的衰減電平可調(diào)。根據(jù)可變衰減器支持的衰減控制方式,還可以進一步細分為電壓可變衰減器(VVA)和數(shù)字步進衰減器(DSA),前者采用模擬控制技術,后者采用數(shù)字控制技術。

VVA可以持續(xù)調(diào)節(jié)衰減電平,電平可以設置為給定范圍內(nèi)的任何值。對于自動增益控制電路、校準校正以及其他需要平穩(wěn)、精確地控制信號的處理功能,通常采用模擬可變衰減器。

數(shù)字步進衰減器采用一組離散衰減電平,可以按照預先設置的衰減步長調(diào)節(jié)信號強度。數(shù)字控制RFIC衰減器具有可兼容微控制器的控制接口,并提供出色的解決方案,可用于在復雜設計中保持功能完整性。

設計配置

衰減器IC可以使用電阻PIN二極管、FET、HEMT和CMOS晶體管,并通過GaAs、GaN、SiC或CMOS技術來實現(xiàn)。圖1顯示了構成各種衰減器設計配置的三種基本拓撲:T型、π型和橋接T型網(wǎng)絡。

1666948620902920.jpg

圖1.基本的衰減器拓撲:(a) T型,(b) π型,(c)橋接T型網(wǎng)絡。

固定值衰減器利用通過薄膜和厚膜混合技術實現(xiàn)的這些核心拓撲來提供固定衰減電平。

VVA一般使用T型或π型配置,二極管或晶體管元件工作在非線性電阻區(qū)。利用基本元件的電阻特性,通過改變控制電壓來調(diào)節(jié)所需的衰減電平。

DSA通常采用代表單個位的多個級聯(lián)單元,它們可以輸入或輸出,以實現(xiàn)所需的衰減電平。圖2顯示了DSA設計使用的幾種配置示例。其中包括:采用了集成SPDT開關,可通過衰減器和直通線來切換輸入和輸出端口的配置;開關調(diào)節(jié)器件設計,使用晶體管或二極管作為可調(diào)電阻;開關電阻配置,電阻可以切換,在電路中作為輸入或輸出;以及器件嵌入式設計,晶體管或二極管是該設計的組成部分。

1666948602599511.jpg

圖2.DSA設計配置示例:(a) π型配置,采用集成開關,(b)開關調(diào)節(jié)FET配置,(c)開關電阻配置,(d)FET嵌入式配置。

衰減器拓撲可以用在反射或平衡類型的設計中,原理圖如圖3所示。反射型器件使用同等衰減器,它們連接至3dB正交耦合器的輸出端,一般提供寬動態(tài)范圍。平衡配置使用兩個3dB正交耦合器連接一對完全相同的衰減器,以提供出色的VSWR和功率處理能力。

1666948598639831.jpg

圖3.(a)反射型和(b)平衡型衰減器設計拓撲。

除了本文中描述的主要設計配置之外,還可使用其他類型的電路來實現(xiàn)IC衰減器元件;但是,本文對這些內(nèi)容不做討論。

主要規(guī)格

為了針對終端應用選擇合適的衰減器,工程師必須深入了解其主要規(guī)格。除了衰減功能和一些基本參數(shù)(例如插入和回波損耗)之外,還有許多其他特性也可用于描述衰減器元件,主要包括:

?頻率范圍(Hz):IC保持其指定特性的頻率

?衰減(dB):超過插入損耗的抑制量

?頻率響應:整個頻率范圍(Hz)內(nèi)衰減電平(dB)的變化

?衰減范圍(dB):該元件提供的總衰減值

?輸入線性度(dBm):通常使用3階交調(diào)點(IP3)表示,IP3定義輸入功率電平的假設點,在該點相應雜散分量的功率將達到與基波分量相同的水平

?功率處理(dBm):通常使用輸入1dB壓縮點表示,該點定義了衰減器的插入損耗降低1dB時的輸入功率電平;功率處理特性一般針對穩(wěn)態(tài)和熱切換模式下的平均和峰值輸入功率電平來確定

?相對相位(度):由衰減器元件引入信號中的相位偏移

除了這些常用參數(shù)之外,還使用開關特性來描述可變衰減器,通常以ns為單位來描述上升時間和下降時間、導通和關斷時間,以及RF輸出信號的幅度和相位建立時間。此外,每種類型的可變衰減器都有其固有特性。

對于VVA,它們與其模擬控制操作相關,包括:

?電壓控制范圍(V):在衰減范圍內(nèi)調(diào)節(jié)衰減電平所需的電壓

?控制特性一般用衰減斜率(dB/V)和性能曲線表示,從中可以看出,衰減電平與控制電壓成函數(shù)關系

對于DSA,其固有特性包括:

?衰減精度(也稱為狀態(tài)誤差)(dB):衰減電平相對于標稱值的變化極限

?衰減步長(dB):任何兩個連續(xù)衰減狀態(tài)之間的變化量

?步進誤差(dB):衰減步長相對于標稱值的變化極限

?過沖、下沖(dB):狀態(tài)轉換期間的信號瞬變電平(毛刺)

良好的衰減器元件通常需要在工作頻率范圍內(nèi)提供平坦的衰減性能和出色的VSWR,提供足夠的精度和功率處理能力,并確保在狀態(tài)轉換期間實現(xiàn)平穩(wěn)、無毛刺運行(信號僅少量失真),或者是提供線性控制特性。

結論

IC衰減器元件的多樣性當然不限于本文中討論的這些,還可以找出其他類型的IC,包括基于頻率的相位補償衰減器、溫度可變衰減器、帶集成式DAC的可編程VVA等。本文僅介紹了一些常見的IC衰減器類型,主要探討其采用的拓撲和關鍵規(guī)格,以幫助RF設計人員為終端應用選擇合適的元件。

ADI公司提供非常豐富的集成式RF元件。ADI的衰減器IC提供多種架構和尺寸選項,設計人員可以根據(jù)系統(tǒng)要求靈活選擇合適的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品旨在提供出色的性能,實現(xiàn)高度可靠的運行,以滿足儀器儀表通信、軍用和航空市場各種應用的嚴苛要求。

責任編輯:彭菁

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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