【導讀】本文延續之前的一係列短文
，麵向非射頻工程師講解射頻技術；我們將探討IC衰減器，並針對其類型
、配置和規格提出一些見解。本文旨在幫助工程師更快了解各種IC產品，並為終端應用選擇合適的產品。該係列的相關文章包括："為應用選擇合適的RF放大器指南"
、"如何輕鬆選擇合適的頻率產生器件"和"RF解密–了解波反射"。

問題:

什麼是射頻衰減器？如何為我的應用選擇合適的RF衰減器？

答案:

衰減器是一種控製元件
，主要功能是降低通過衰減器的信號強度。這種元件一般用於平衡信號鏈中的信號電平
、擴展係統的動態範圍、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

本文延續之前的一係列短文，麵向非射頻工程師講解射頻技術；我們將探討IC衰減器，並針對其類型、配置和規格提出一些見解。本文旨在幫助工程師更快了解各種IC產品，並為終端應用選擇合適的產品。該係列的相關文章包括："為應用選擇合適的RF放大器指南"
、"如何輕鬆選擇合適的頻率產生器件"和"RF解密–了解波反射"。

衰減器的類型

從(cong)關(guan)鍵(jian)功(gong)能(neng)這(zhe)個(ge)角(jiao)度(du)，衰(shuai)減(jian)器(qi)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)固(gu)定(ding)衰(shuai)減(jian)器(qi)和(he)可(ke)變(bian)衰(shuai)減(jian)器(qi)，前(qian)者(zhe)的(de)衰(shuai)減(jian)電(dian)平(ping)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，後(hou)者(zhe)的(de)衰(shuai)減(jian)電(dian)平(ping)可(ke)調(tiao)。根(gen)據(ju)可(ke)變(bian)衰(shuai)減(jian)器(qi)支(zhi)持(chi)的(de)衰(shuai)減(jian)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，還(hai)可(ke)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)細(xi)分(fen)為(wei)電(dian)壓(ya)可(ke)變(bian)衰(shuai)減(jian)器(qi)(VVA)和數字步進衰減器(DSA)，前者采用模擬控製技術
，後者采用數字控製技術。

VVA可以持續調節衰減電平，電平可以設置為給定範圍內的任何值。對於自動增益控製電路、校準校正以及其他需要平穩、精確地控製信號的處理功能
，通常采用模擬可變衰減器。

數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節信號強度。數字控製RFIC衰減器具有可兼容微控製器的控製接口，並提供出色的解決方案
，可用於在複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
，並通過GaAs、GaN、SiC或CMOS技術來實現。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型網絡。

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

固定值衰減器利用通過薄膜和厚膜混合技術實現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。利用基本元件的電阻特性，通過改變控製電壓來調節所需的衰減電平。

DSA通常采用代表單個位的多個級聯單元
，它們可以輸入或輸出
，以實現所需的衰減電平。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
；開關調節器件設計，使用晶體管或二極管作為可調電阻；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。

圖2. DSA設計配置示例：(a) π型配置，采用集成開關，(b)開關調節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3 dB正交耦合器的輸出端
，一般提供寬動態範圍。平衡配置使用兩個3 dB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。

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IC衰減器元件

；但是
，本文對這些內容不做討論。^1,2

主要規格

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格。除了衰減功能和一些基本參數（例如插入和回波損耗）之外

，還有許多其他特性也可用於描述衰減器元件，主要包括：

●    頻率範圍(Hz)：IC保持其指定特性的頻率

●    衰減(dB)：超過插入損耗的抑製量

●    頻率響應：整個頻率範圍(Hz)內衰減電平(dB)的變化

●    衰減範圍(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1 dB壓縮點表示，該點定義了衰減器的插入損耗降低1 dB時的輸入功率電平；功率處理特性一般針對穩態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。對於VVA
，它們與其模擬控製操作相關
，包括：

●    電壓控製範圍(V)：在衰減範圍內調節衰減電平所需的電壓

●    控製特性一般用衰減斜率(dB/V)和性能曲線表示
，從中可以看出，衰減電平與控製電壓成函數關係

對於DSA，其固有特性包括：

●    衰減精度（也稱為狀態誤差）(dB)：衰減電平相對於標稱值的變化極限

●    衰減步長(dB)：任何兩個連續衰減狀態之間的變化量

●    步進誤差(dB)：衰減步長相對於標稱值的變化極限

●    過衝、下衝(dB)：狀態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範圍內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，並確保在狀態轉換期間實現平穩
、無毛刺運行（信號僅少量失真），或者是提供線性控製特性。

結論

IC衰減器元件的多樣性當然不限於本文中討論的這些。我們還可以找出其他類型的IC
，包括基於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ti供gong多duo種zhong架jia構gou和he尺chi寸cun選xuan項xiang，設she計ji人ren員yuan可ke以yi根gen據ju係xi統tong要yao求qiu靈ling活huo選xuan擇ze合he適shi的de產chan品pin。這zhe些xie產chan品pin旨zhi在zai提ti供gong出chu色se的de性xing能neng
，實shi現xian高gao度du可ke靠kao的de運yun行xing
，以yi滿man足zu儀yi器qi儀yi表biao、通信、軍用和航空市場各種應用的嚴苛要求。³

參考資料

¹Inder J. Bahl. 使用Si
、GaAs和GaN技術的控製元件。Artech House，2014年。

²Ian Robertson、Stepan Lucyszyn。RFIC/MMIC設計和技術。英國工程技術學會
，2001年11月。

³"2021年RF、微波和毫米波產品選型指南"。 ADI公司，2021年9月。

來源：ADI

作者：Anton Patyuchenko

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