申请/专利权人：电子科技大学

申请日：2023-02-24

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN116248076B

主分类号：H03H17/00

分类号：H03H17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2023.06.27#实质审查的生效;2023.06.09#公开

摘要：本发明提供了一种低功耗逻辑控制的高线性度数字步进衰减器，包括：衰减器，由六位衰减单元构成；逻辑控制电路，由六位逻辑控制单元构成；六位衰减单元包括依次连接的第一衰减单元、第二衰减单元、第三衰减单元、第四衰减单元、第五衰减单元和第六衰减单元，六位逻辑控制单元包括第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元、第五逻辑控制单元和第六逻辑控制单元。本发明可以显著降低数字步进衰减器逻辑控制电路中反相器电路直通电流，降低数字步进衰减器功耗，还可以实现衰减步进0.5dB，衰减范围0‑31.5dBm的高线性度衰减器。

主权项：1.一种低功耗逻辑控制的高线性度数字步进衰减器，其特征在于，包括：衰减器，由六位衰减单元构成；逻辑控制电路，由六位逻辑控制单元构成；其中，所述六位衰减单元包括依次连接的第一衰减单元、第二衰减单元、第三衰减单元、第四衰减单元、第五衰减单元和第六衰减单元，所述六位逻辑控制单元包括第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元、第五逻辑控制单元和第六逻辑控制单元，所述第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元、第五逻辑控制单元和第六逻辑控制单元分别与所述第一衰减单元、第二衰减单元、第三衰减单元、第四衰减单元、第五衰减单元和第六衰减单元一一对应连接，以分别实现0.5dB、1dB、2dB、4dB、8dB和16dB的衰减；所述第一衰减单元包括开关管SW1、电感L1、电容C10、电阻R22、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R28、开关管SW7和电容C1，所述电感L1一端作为射频输入端RFin，另一端与所述电容C10的一端连接，所述电容C10的另一端与所述电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R22的一端和开关管SW1的源极连接后通过电阻外接电压端VDD，所述开关管SW1的栅极通过电阻与所述第一逻辑控制单元连接，所述开关管SW1的漏极与所述电阻R22的另一端、电阻R1的另一端、电阻R3的一端和第二衰减单元连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述开关管SW7的源极和电阻R28的一端连接，所述开关管SW7的栅极通过电阻与所述第一逻辑控制单元连接，所述电阻R28的另一端与所述电容C1的一端和开关管SW7的漏极连接，所述电容C1的另一端接地；所述第二衰减单元包括开关管SW2、电阻R23、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R29、开关管SW8和电容C2，所述电阻R5的一端与所述电阻R6的一端、电阻R23的一端、开关管SW2的源极和开关管SW1的漏极连接，所述开关管SW2的栅极通过电阻与所述第二逻辑控制单元连接，所述开关管SW2的漏极与所述电阻R23的另一端、电阻R5的另一端、电阻R7的一端和第三衰减单元连接，所述电阻R6的另一端与所述电阻R7的另一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端与所述开关管SW8的源极和电阻R29的一端连接，所述开关管SW8的栅极通过电阻与所述第二逻辑控制单元连接，所述电阻R29的另一端与所述电容C2的一端和开关管SW8的漏极连接，所述电容C2的另一端接地；所述第三衰减单元包括开关管SW3、电阻R24、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R39、开关管SW9和电容C3，所述电阻R9的一端与所述电阻R10的一端、电阻R24的一端、开关管SW3的源极和开关管SW2的漏极连接，所述开关管SW3的栅极通过电阻与所述第三逻辑控制单元连接，所述开关管SW3的漏极与所述电阻R24的另一端、电阻R9的另一端、电阻R11的一端和第四衰减单元连接，所述电阻R10的另一端与所述电阻R11的另一端和电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述开关管SW9的源极和电阻R39的一端连接，所述开关管SW9的栅极通过电阻与所述第三逻辑控制单元连接，所述电阻R39的另一端与所述电容C3的一端和开关管SW9的漏极连接，所述电容C3的另一端接地；所述第四衰减单元包括开关管SW4、电阻R25、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R30、电阻R31、开关管SW10、开关管SW11、电容C4和电容C5，所述电阻R13的一端与所述电阻R14的一端、电阻R25的一端、开关管SW4的源极和开关管SW3的漏极连接，所述开关管SW4的栅极通过电阻与所述第四逻辑控制单元连接，所述开关管SW4的漏极与所述电阻R25的另一端、电阻R13的另一端、电阻R15的一端和第五衰减单元连接，所述电阻R14的另一端与所述电阻R30的一端和开关管SW10的源极连接，所述电阻R15的另一端与所述电阻R31的一端和开关管SW11的源极连接，所述开关管SW10的栅极通过电阻与所述第四逻辑控制单元连接，所述开关管SW11的栅极通过电阻与所述第四逻辑控制单元连接，所述电阻R30的另一端与所述电容C4的一端和开关管SW10的漏极连接，所述电阻R31的另一端与所述电容C5的一端和开关管SW11的漏极连接，所述电容C4的另一端和电容C5的另一端均接地；所述第五衰减单元包括开关管SW5、电阻R26、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R32、电阻R33、开关管SW12、开关管SW13、电容C6和电容C7，所述电阻R16的一端与所述电阻R17的一端、电阻R26的一端、开关管SW5的源极和开关管SW4的漏极连接，所述开关管SW5的栅极通过电阻与所述第五逻辑控制单元连接，所述开关管SW5的漏极与所述电阻R26的另一端、电阻R16的另一端、电阻R18的一端和第六衰减单元连接，所述电阻R17的另一端与所述电阻R32的一端和开关管SW12的源极连接，所述电阻R18的另一端与所述电阻R33的一端和开关管SW13的源极连接，所述开关管SW12的栅极通过电阻与所述第五逻辑控制单元连接，所述开关管SW13的栅极通过电阻与所述第五逻辑控制单元连接，所述电阻R32的另一端与所述电容C6的一端和开关管SW12的漏极连接，所述电阻R33的另一端与所述电容C7的一端和开关管SW13的漏极连接，所述电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地；所述第六衰减单元包括开关管SW6、电阻R27、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R34、电阻R35、开关管SW14、开关管SW15、电容C8、电容C11、电感L2和电容C9，所述电阻R19的一端与所述电阻R20的一端、电阻R27的一端、开关管SW6的源极和开关管SW5的漏极连接，所述开关管SW6的栅极通过电阻与所述第六逻辑控制单元连接，所述开关管SW6的漏极与所述电阻R27的另一端、电阻R19的另一端、电阻R21的一端和电容C11的一端连接，所述电容C11的另一端与所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端作为射频输出端RFout，所述电阻R20的另一端与所述电阻R34的一端和开关管SW14的源极连接，所述电阻R21的另一端与所述电阻R35的一端和开关管SW15的源极连接，所述开关管SW14的栅极通过电阻与所述第六逻辑控制单元连接，所述开关管SW15的栅极通过电阻与所述第六逻辑控制单元连接，所述电阻R34的另一端与所述电容C8的一端和开关管SW14的漏极连接，所述电阻R35的另一端与所述电容C9的一端和开关管SW15的漏极连接，所述电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地；所述第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元、第五逻辑控制单元和第六逻辑控制单元的电路结构一致，均包括开关管Mc1、开关管Mc2、开关管Mc3、开关管Mc4、电阻Rc1、电阻Rc2、电容Cc1和电容Cc2，所述开关管Mc2的漏极和开关管Mc4的漏极均外接电源端VDD，所述开关管Mc2的源极与所述电阻Rc1的一端连接，所述电阻Rc1的另一端与所述开关管Mc1的漏极连接，所述开关管Mc1的栅极作为输入端Vin，所述开关管Mc1的源极接地，所述开关管Mc4的源极与所述电阻Rc2的一端连接，所述电阻Rc2的另一端与所述开关管Mc3的漏极连接，所述开关管Mc3的源极接地，所述开关管Mc2的栅极与所述电容Cc1的一端和开关管Mc3的栅极连接后作为输出端Vn，所述电容Cc1的另一端接地，所述开关管Mc4的栅极与所述电容Cc2的一端连接后作为输出端Vp，所述电容Cc2的另一端接地；其中，所述输出端Vn通过电阻与相应的所述开关管SW1的栅极或开关管SW2的栅极或开关管SW3的栅极或开关管SW4的栅极或开关管SW5的栅极或开关管SW6的栅极连接；所述输出端Vp通过电阻与相应的所述开关管SW7的栅极或开关管SW8的栅极或开关管SW9的栅极或开关管SW10和开关管SW11的栅极或开关管SW12和开关管SW13的栅极或开关管SW14和开关管SW15的栅极连接；所述第一衰减单元、第二衰减单元、第三衰减单元、第四衰减单元、第五衰减单元和第六衰减单元，分别由所述第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元、第五逻辑控制单元和第六逻辑控制单元控制，实现步进0.5dB,衰减范围0～31.5dB；第一衰减单元的0.5dB衰减量由电阻元件决定，电阻元件R1、R2、R3和R4组成桥T型衰减结构，开关管SW1和开关管SW7与桥T型衰减结构组成0.5dB开关嵌入式的第一衰减单元；第一衰减单元由第一逻辑控制单元控制，第一逻辑控制单元的两个互补电平输出端连接第一衰减单元串联支路开关管SW1和并联支路开关管SW7，具体来说，第一逻辑控制单元的输出端V1N连接开关管SW1，输出端V1P连接开关管SW7，实现0dB和0.5dB的衰减，电容元件C1为隔直电容，电阻元件R22和R28保证开关管SW1和开关管SW7源漏电压相同，第二衰减单元由第二逻辑控制单元控制，实现0dB和1dB的衰减;第三衰减单元由第三逻辑控制单元控制，实现0dB和2dB的衰减；电阻元件R13、R14和R15组成Π型衰减结构，Π型衰减结构拥有两个并联到地的支路，由电阻元件R13、R14和R15组成Π型衰减结构和开关管SW4、开关管SW10、开关管SW11组成开关嵌入式的第四衰减单元，第四衰减单元由第四逻辑控制单元控制，实现0dB和4dB的衰减；第五衰减单元由第五逻辑控制单元控制，实现0dB和8dB的衰减；第六衰减单元由第六逻辑控制单元控制，实现0dB和16dB的衰减；整个电路连接电源VDD，使开关源漏电压为5V，信号摆幅中心电压值为直流电压VDD；电容C10和电容C11为隔直电容；具体过程为：当控制电平V1～V6为低电平时，V1N～V6N为高电平，SW1～SW6开启；V1P～V6P为低电平，SW7～SW15关闭，此时工作状态为参考态；（1）当没有Rc1、Rc2、Cc1和Cc2时，MC1和MC2支路的静态电流小，MC3和MC4支路的静态电流大，晶体管尺寸为5um时，一位逻辑控制电路的总电流为1.6mA，6位逻辑控制电路的总电流为9.6mA；（2）当只有Rc1和Rc2时，逻辑电流随着Rc1和Rc2的增大而减小，在Rc1和Rc2取值为10KΩ时，一位逻辑控制电路总电流为85uA，6位逻辑控制电路的总电流为510uA；（3）当Rc1、Rc2、Cc1和Cc2都存在时，能降低DSA静态功耗，还能使DSA具有高的线性度；Rc1和Rc2的存在能降低功耗，Cc1和Cc2的存在为交流信号提供交流地，具体来说，在大信号通过开关管寄生电容Cgs和Cds耦合到开关管栅极时，能为栅极提供到地的通路，从而使得反相器的输出电压恒定；具体来说，Rc1、Rc2为10KΩ，Cc1和Cc2为0.5pF，输出功率P0.1dB在30dbm@0.5-4GHz；DSA零衰状态的输入三阶交调iip3在49.6@0.5-4GHz。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 电子科技大学 一种低功耗逻辑控制的高线性度数字步进衰减器

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD