[发明专利]一种创新结构的毫米波CMOS数控衰减器

说明书

本发明设计了应用于毫米波频段的CMOS数控衰减器。为了同时实现大衰减范围和小衰减步进，该结构采用无源衰减与有源增益调节相结合的方法。无源部分提供大衰减量实现增益的粗调节，有源部分提供小衰减量实现增益的细调节。本衰减器的控制位为8位，无源部分2位实现24dB的衰减范围、有源部分6位实现7.5dB的衰减范围。衰减器总体可实现的增益调节范围为31.5dB，最小步进0.5dB。通过引入冗余态的方法，实现了大衰减范围的同时保证了高精度调谐。本发明所设计的毫米波频段衰减器具有衰减范围大、调节精度高，插入损耗小的特点。克服了传统有源衰减器衰减范围小，无源衰减器插损大的缺点。

技术领域

本发明属于电子通信技术领域，尤其涉及一种创新结构的毫米波CMOS数控衰减器。

背景技术

随着新一代通信技术的发展，对通信系统的无缝覆盖和高速数据传输要求越来越高。毫米波频段拥有着丰富的频谱资源，并且由于大气窗口的存在使得毫米波频段在高速数据传输、短距离通信方面具有很大的潜力。例如第五代通信(5G)便有一部分频谱分布在毫米波频段。在毫米波频段，相控阵天线往往是关键设备。无论在接收通道还是在发射通道，衰减器的衰减范围和衰减精度会直接影响波束成型的效果。因此如何实现衰减器的大衰减范围、高衰减精度是首先需要面对的问题。

从目前数控衰减器常见的结构来看，主要的类型有两种：无源数控衰减器和有源数控衰减器。无源衰减器通常为多个衰减单元串联而来，衰减单元根据衰减量的大小分为简化T型、T型、Pi型等。无源衰减器将电路中晶体管作为开关使用，利用电路中的电阻对输入信号进行衰减。这样的结构理论上来讲，只要串联的级数够多就可以达到任意的衰减范围。但是该结构存在的突出问题为，电路均由无源器件组成正常工作时存在着严重的插损。并且在噪声系数要求较高的环境下，无源结构衰减器无法充分发挥自身的优势。有源结构衰减器其特性和无源结构正好相反，有源衰减器本身是一个能够提供一定增益的放大器，通过改变放大管的跨导便可以实现增益的调谐。因此有源衰减器的突出特点在于能够提供高精度的增益调谐但调谐范围较小。

发明内容

本发明目的在于提供一种创新结构的毫米波CMOS数控衰减器,以解决毫米波频段衰减器插入损耗高，调谐精度低，衰减范围小的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种创新结构的毫米波CMOS数控衰减器，包括有源增益调谐部分和无源增益调谐部分；

所述无源增益调谐部分提供大衰减量实现增益的粗调节，有2个增益控制位，实现24dB的调节范围；

所述有源增益调谐部分提供小衰减量实现增益的细调节，并且有6个控制位可实现7.5dB的增益调节范围，其控制状态提升至64个，引出冗余的状态位保证温度与工艺角变化时增益控制精度的精度；

所述有源增益调谐部分和无源增益调谐部分之间采用匹配网络进行连接。

进一步的，有源增益调谐部分包括以下部分：