Интегральный аттенюатор

Использование: для создания схем дифференциальных аттенюаторов для работы в СВЧ диапазоне. Сущность изобретения заключается в том, что интегральный аттенюатор содержит генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p-типа, блок управления и нагрузку, кроме того, неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает. Технический результат: обеспечение возможности расширения функциональных возможностей аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии, снижения потерь при прямом прохождении сигнала, увеличения динамического диапазона, расширения полосы рабочих частот, уменьшения фазовых искажений при переключении уровня аттенюации. 2 ил., 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке полупроводниковых КМОП (комплементарных металл-окисел-полупроводник) микросхем для создания схем дифференциальных радиочастотных и СВЧ (сверхвысокочастотных) аттенюаторов с широкой полосой частот, требуемым шагом ослабления, малыми фазовыми искажениями и повышенным уровнем линейности сигнала.

Предшествующий уровень техники

Аттенюаторы СВЧ, выполненные на основе полупроводниковых приборов, широко используются в технике СВЧ, особенно многоразрядные аттенюаторы СВЧ с дискретным изменением затухания, которые представляют собой каскадное соединение нескольких разрядов, каждый из которых представляет собой П- или Т-образное соединение резисторов, замыкаемых ключами в соответствии с поданным цифровым кодом.

Из уровня техники известны также способы построения аналоговых электронных аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии. Аналоговый аттенюатор - это электронное устройство, позволяющее ослаблять входной сигнал по непрерывному закону.

Известен аналоговый аттенюатор, построенный на основе схемы истокового повторителя [1]. В схеме стоки двух полевых МОП транзисторов p-типа подключены на землю, а истоки подключены к источнику тока. На затвор первого транзистора подается входной сигнал (Vin), на затвор второго подается постоянное напряжение, управляющее величиной ослабления (Vbias). Выход снимается со стоков МОП транзисторов.

Принцип работы указанного аналогового аттенюатора состоит в том, что изменение сопротивления второго транзистора приводит к изменению коэффициента передачи схемы.

Известен источник [2], в котором представлен дифференциальный вариант аналогового аттенюатора на основе истокового повторителя. По сравнению с однополярным аттенюатором в дифференциальном напряжение на затворы управляющих транзисторов подается через RC-фильтр. При этом управляющий сигнал с неинвертирующего входа подается на транзистор, регулирующий величину ослабления сигнала с инвертированного входа. Такое включение позволяет подавлять синфазную составляющую входного сигнала.

Известные аттенюаторы обладают следующими недостатками: узкий диапазон рабочих частот, узкий динамический диапазон, сложность построения и большие потери многоразрядных аттенюаторов ввиду использования фиксированного управляющего напряжения.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии, снижение потерь при прямом прохождении сигнала, увеличение динамического диапазона, расширение полосы рабочих частот, уменьшение фазовых искажений при переключении уровня аттенюации.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленный интегральный аттенюатор содержит генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p- типа, блок управления и нагрузку, кроме того, неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p- типа, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает.

При построении переключателя используются дифференциальные мостовые схемы построения, которые позволяют, во-первых, уменьшить влияние паразитных индуктивностей, связанных с общей шиной и, во-вторых, используя эффект компенсации (уменьшение сигнала за счет сложения с сигналом противоположной полярности), обеспечить ослабление сигнала без использования каскадного соединения аттенюаторов с фиксированной величиной ослабления. Для увеличения динамического диапазона используется параллельное включение МОП транзисторов n- и p-типов. Цифровое управление предложенным аттенюатором может быть обеспечено за счет блока управления, преобразующего цифровые коды в требуемые значения напряжений смещения транзисторов.

Краткое описание чертежей

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема аттенюатора, выполненного на МОП структурах, где:

1 - генератор дифференциального сигнала;

2, 3, 4, 5 - звенья, состоящие из параллельного соединения МОП транзисторов n- и p-типа;

6 - нагрузка;

7 - блок управления.

Блок управления преобразует внешние сигналы управления в требуемые уровни смещения. Параллельное соединение в каждом звене МОП транзисторов n- и p-типа обеспечивает лучшую линейность передачи сигнала по сравнению с использованием транзисторов одного типа. При равенстве сопротивлений проходных звеньев 2 и 5 сопротивлениям компенсирующих звеньев 3 и 4 происходит максимальное ослабление сигнала. При максимальном открывании транзисторов проходных звеньев, т.е. минимальном сопротивлении проходных звеньев и соответствующем увеличении сопротивления компенсирующих звеньев обеспечивается прямое прохождение сигнала с минимальными потерями. При правильном выборе комплексных импедансов звеньев, когда импеданс звеньев 2 и 5 растет пропорционально уменьшению импеданса звеньев 3 и 4, обеспечивается согласование с источником сигнала во всем диапазоне регулировки коэффициента передачи.

Управление величиной сопротивления МОП транзисторов помимо подачи непрерывных значений на управляющие выводы может осуществляться и цифровым способом, при этом транзисторы с каналом n-типа управляются сигналами от блока цифрового управления: an1, an2, bn1, bn2, а МОП транзисторы p-типа сигналами: ap1, ар2, bp1, bp2 соответственно.

Осуществление изобретения

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В блок-схеме, представленной на фиг. 1, сигнал от генератора дифференциального сигнала 1 поступает на звенья 2-5, которые управляются от блока управления 7 таким образом, что при открывании МОП транзисторов в звеньях 2 и 5 МОП транзисторы в звеньях 3 и 4 закрываются. При одинаковом сопротивлении всех звеньев сигнал на нагрузке 6 будет минимальный, и наоборот, при минимальном сопротивлении звеньев 2 и 5 и максимальном сопротивлении звеньев 3 и 4 потери сигнала на выходе будут наименьшими. Таким образом, изменяя внутри звеньев сопротивления МОП транзисторов потенциалом на их затворах, можно осуществлять регулирование выходного сигнала с требуемым шагом. При условии, что произведение сопротивлений звеньев с уменьшающимся и с увеличивающимся сопротивлениями будут равны, можно достичь согласование сигнала с источником и нагрузкой 6. Регулировка осуществляется блоком управления 7, который может управляться как аналоговым сигналом, так и цифровым (при использовании в блоке управления 7 цифроаналогового преобразователя - ЦАП), обеспечивая плавную (аналоговую) или дискретную (цифровую) регулировку ослабления сигнала.

На фиг. 2 в качестве примера представлено семейство кривых, показывающее изменение сигнала аттенюатором при различных кодах ЦАП в широком диапазоне частот.

Результаты, полученные при использовании КМОП технологического процесса с минимальными размерами 0,25 мкм, приведены в Таблице 1.

Значения приведенных параметров значительно лучше ранее полученных для сопоставимых КМОП технологических процессов.

Интегральный аттенюатор реализован в виде монолитной КМОП интегральной микросхемы на одном кристалле.

Источники информации

1. Т.Н. Тео, Low-Power Digitally Controlled CMOS Source Follower Variable Attenuator, IEEE ISCAS 2007, New Orleans, LA, 27-30 May 2007.

2. Патент на изобретение. US №0295594. Source Follower Attenuator / T.H. Тео, опубл. 25.10.2010.

Интегральный аттенюатор, содержащий генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p-типа, блок управления и нагрузку, отличающийся тем, что неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике и может быть использовано для заданного ослабления СВЧ сигнала большой мощности в широкой полосе рабочих частот.

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств. Полосковый резонатор содержит две диэлектрические подложки, подвешенные между экранами корпуса, на обе поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий. Коммутирующее устройство является псевдоморфным, изготовленным на базе гетероструктуры AlGaN/InGaN, а емкостный элемент представляет собой конденсатор.

Изобретение относится к области полупроводниковых изделий и может быть использовано при создании нового поколения СВЧ элементной базы и интегральных схем на основе гетероструктур широкозонных полупроводников.

Изобретение относится к области СВЧ радиотехники, в частности к проходным дискретным полупроводниковым фазовращателям. Дискретный СВЧ фазовращатель проходного типа, согласованный с волновым сопротивлением ρ0 основной линии передачи, выполнен на основе соединения отрезков линий передачи и управляющих элементов, преимущественно диодов.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике СВЧ и антенной технике. Устройство возбуждения волны Ε01 в круглом волноводе содержит делитель мощности с N выходами, N элементов связи с круглым волноводом, равномерно расположенных в поперечном сечении на цилиндрической поверхности волновода, которые соединены с N выходами делителя мощности, вход которого является входом устройства возбуждения.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в спутниковой связи с поляризационным уплотнением сигналов как на земных станциях спутниковой связи, так и на спутниках связи.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, в частности к фазовращателям. Секция дискретного фазовращателя с цифровым управлением содержит входной направленный ответвитель со слабой связью, вход которого является входом устройства, выходной направленный ответвитель со слабой связью, выход которого является выходом устройства, ослабитель с цифровым управлением, выход которого соединен со связанным входом вторичной линии выходного направленного ответвителя, первый и второй отрезки передающих линий, третью и четвертую замкнутые на конце четвертьволновые связанные передающие линии.

Изобретение относится к радиотехнике, к частотной селекции и фильтрации радиосигналов, может быть использовано в радиолокации и в системах связи. Устройство содержит параллельно включенные полосно-пропускающие фильтры, согласованные с длительностью этой последовательности, установочные фазовращатели и сумматор.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в радиопередающих устройствах спутниковых систем связи и спутниковых радионавигационных систем, а также в других устройствах СВЧ для выделения сигналов в двух поддиапазонах преимущественно дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн.

Изобретение относится к интегральной оптике. Способ пространственного разделения оптических мод ортогональных поляризаций в планарной волноводной структуре, заключающийся в том, что излучение лазера вводят в четырехслойную планарную направляющую структуру, состоящую из подложки, покровной среды, волноводного высокопреломляющего магнитооптического слоя, намагниченного до насыщения в плоскости границы раздела, в направлении, поперечном распространению света, волноводного нанокомпозитного слоя с расположенным на его поверхности решеточным элементом связи для ввода излучения. Настройка на заданную длину волны, заданные углы ввода и разделение волноводных мод ортогональных поляризаций осуществляется путём подбора отношений толщин диэлектрических нанослоёв двух типов в нанокомпозитном слое. Технический результат заключается в повышении эффективности поляризационного разделения света в планарных направляющих структурах интегральной оптики. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к СВЧ-радиотехнике, в частности к фильтрам. Микрополосковый широкополосный фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - полосковые проводники, электромагнитно связанные между собой. Узкие и широкие прямоугольные полосковые проводники соединены друг с другом в форме нерегулярного меандра, его крайние узкие проводники со стороны свободных концов заземлены на основание, причем входной и выходной порты фильтра подключены кондуктивно к крайним широким проводникам меандра через отрезки микрополосковых линий со скачком волнового сопротивления. Технические результаты – расширение полосы заграждения, повышение крутизны низкочастотного склона частотной характеристики, расширение рабочей полосы пропускания. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. СВЧ-мультиплексор содержит устройство общего вывода СВЧ-сигнала, суммирующий резонатор, параллельно расположенные полосно-пропускающие фильтры. Суммирующий резонатор представляет собой закороченный на концах отрезок передающей линии, а каждый из полосно-пропускающих фильтров выполнен в виде цепочки связанных резонаторов. Резонаторы каждой цепочки полосно-пропускающего фильтра расположены с образованием двух ярусов. Устройства раздельного ввода СВЧ-сигналов и устройство вывода СВЧ-сигнала выполнены в виде волноводов, отделенных от соответствующих входных резонаторов цепочек полосно-пропускающих фильтров и суммирующего резонатора, поперечной диафрагмой с щелями связи. Волновод каждого из устройств раздельного ввода СВЧ-сигналов снабжен резонансным элементом в виде стержня из диэлектрического материала, размещенным на поперечной диафрагме волновода, и регулировочными элементами перестройки частоты и связи, размещенными в стенке волновода. Резонансный элемент ориентирован вдоль направления распространения СВЧ-сигнала и выполнен с возможностью настройки на граничные частоты полосы пропускания мультиплексора. Технические результаты - уменьшение массы и габаритов, повышение уровня мощности выходного СВЧ-сигнала. 13 з. п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к селекторам радиоволн. Частотно-поляризационный селектор содержит первый ортомодовый преобразователь, представляющий собой крестовой разветвитель, в плечах которого установлены емкостные фильтры нижних частот. На выходе первого ортомодового преобразователя установлен поляризатор Q-диапазона, реализованный на круглом волноводе с пазом с двумя ортогональными выходами. Фильтры соединяются со вторым ортомодовым преобразователем посредством четырех п-образных волноводных секций равной длины, один выход второго ортомодового преобразователя короткозамкнут, ко второму выходу через трансформатор с круглого на квадратное сечение присоединен септум-поляризатор с двумя ортогональными выходами. В первом ортомодовом преобразователе, в узле четырехкратного разветвления, внесены множественные изменения сечения круглого волновода, а также резонансная диафрагма, введенная в область перехода на волновод меньшего диаметра. В плечах ортомодового преобразователя устанавливаются широкополосные емкостные фильтры нижних частот с переменной толщиной диафрагм. В Q-диапазоне частот поляризатор реализован на круглом волноводе с регулируемым пазом. Технический результат - возможность реализации широкополосного частотно-поляризационного селектора в высоких диапазонах частот и разнесенных между собой Ka- и Q-диапазонов частот более чем на октаву. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности, в технике спутникового телевидения для приема волн с круговой поляризацией поля. Поляризатор состоит из отрезка круглого волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции, выполненной в виде решетки из плоских прямоугольных проводников, расположенных на тонкой прямоугольной диэлектрической пластине. При этом один плоский прямоугольный проводник выполнен в виде широкого прямоугольного проводника, расположенного симметрично в центральной части диэлектрической пластины, а на краях диэлектрической пластины расположены симметрично по меньшей мере по одному узкому прямоугольному проводнику. Причем волноводный поляризатор выполнен с возможностью совмещения емкостной проводимости узких прямоугольных проводников с эквивалентной емкостной проводимостью краев диэлектрической пластины. Технический результат заключается в обеспечении высокого уровня развязки по поляризации в рабочем диапазоне частот, приемлемого продольного габарита, простоты конструкции и технологичности. 3 ил.

Изобретение относится к областям радиотехники и связи. Сущность заявленного устройства заключается в том, что высокочастотный векторный фазовращатель включает полифазный RC-фильтр, первый вход которого является входом фазовращателя, а второй вход заземлен, аналоговый квадратурный дифференциальный сумматор, состоящий из двух дифференциальных усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта и нагрузки, подключенной к шине питания, цифроаналоговый преобразователь, источник напряжений смещения, преобразователь дифференциального сигнала в небалансный, выход которого является выходом фазовращателя. Дополнительно фазовращатель содержит блок ослабления синфазной составляющей, включенный между аналоговым квадратурным дифференциальным сумматором и преобразователем дифференциального сигнала в небалансный и подключенный к источнику напряжений смещения. Технический результат от реализации заявленного изобретения направлен на разработку высокочастотного векторного фазовращателя с небалансным входом для уменьшения ошибки установки фазы и снижения массогабаритных характеристик устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в фазированных антенных решетках для выравнивания фаз СВЧ трактов после их изготовления. Регулировочный фазовращатель СВЧ содержит одинаковые первый и второй отрезки линии передачи, одни концы которых соединены со входом и выходом, а другие соединены между собой третьим проводником. К середине третьего проводника подключен через перемычку разомкнутый шлейф. Между участками шлейфа включены дополнительные перемычки для ступенчатой регулировки фазы. При этом первый и второй отрезки расположены параллельно и соединены дополнительно через конденсатор, выводы которого подключены на одинаковых расстояниях от концов отрезков, с возможностью перемещения вдоль них при регулировке фазы. Емкость конденсатора постоянна и находится в пределах от 1/2ωZ0 до 1/ωZ0, где ω - круговая частота, Z0 - сопротивление входа и выхода, а также волновое сопротивление отрезков линий. Предлагаемый регулировочный фазовращатель при малых габаритах имеет малые погрешности перестройки фазы при широком диапазоне частот согласования. Изобретение обеспечивает уменьшение погрешности установки величины фазы и улучшение согласования в широком диапазоне частот при небольших габаритах. 2 ил.

Использование: для создания схем дифференциальных аттенюаторов для работы в СВЧ диапазоне. Сущность изобретения заключается в том, что интегральный аттенюатор содержит генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p-типа, блок управления и нагрузку, кроме того, неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает. Технический результат: обеспечение возможности расширения функциональных возможностей аттенюаторов, выполненных по КМОП технологии, снижения потерь при прямом прохождении сигнала, увеличения динамического диапазона, расширения полосы рабочих частот, уменьшения фазовых искажений при переключении уровня аттенюации. 2 ил., 1 табл.

Наверх