射频衰减器的类型及作用介绍

在RF电路中，更高的信号电平通常是一件好事。它们可以提高信噪比（SNR），减少内部电路元件噪声和外部信号噪声引起的问题。结果，更高的信号电平通常简化了RF电路设计的许多挑战。

然而，在许多系统中，RF信号不可避免地具有跨越30,40或更多dB的宽动态范围;一些设计必须处理范围超过100 dB的信号。示例包括雷达或远程无线，甚至是短距离LAN，其中一个或两个链路节点正在移动并且存在障碍物和干扰。

如果系统设计为使用较低级别的信号正常工作，则可能没有更高功率信号的余量（RF，功率和信号电平通常密切相关）。结果是过载，饱和甚至可能损坏敏感的模拟组件，如前端放大器。即使没有性损坏，只要信号链的元件被“化”，系统就无法正常工作。在这些情况下，组件可能需要相对较长的时间才能摆脱饱和状态连锁再次可行。在其他情况下，衰减器将一个点的信号的值与链中另一个级的更大限制的值匹配。

由于这些原因，通常需要管理和衰减信号电平。通过已知或可控量，这是射频衰减器发挥作用的地方。有三种类型的RF衰减器：

1）固定值衰减器，提供一个或两个dB，或10 dB，20 dB或更多dB的值。

2 ）电压可变或电压控制衰减器，其中模拟电压设置在连续可变范围内的衰减水平，例如在0 dB和30 dB之间或0 dB和60 dB之间。

3）数字化受控衰减器或数字步进衰减器（DSA），其中多位代码在0 dB至32或64 dB的范围内以离散步长建立衰减，例如，以1或2 dB/位的步长;有些产品提供小至0.25 dB的步长。

（请注意，还有机械控制的衰减器，用户可通过旋钮设置衰减。这些衰减器几乎只用于测试环境或高功率性设计。）

可控衰减器是可变增益放大器（VGA）的补充，它可以增强信号以匹配链中的组件范围。对于需要额外灵活性的设计，甚至还有可用的VGA，它们可以跨越增益和衰减，例如-10到+40 dB;在内部，这些是由可变衰减器（电压或数字控制）与增益模块串联构建的。

简单地使用可变衰减器而不是固定衰减器似乎是合理的，以提供值使用灵活。然而，这种灵活性是有代价的，因为可变衰减器成本更高，耗散更多功率，并且在上电时需要（在大多数版本中）控制信号，以及在使用时的连续监督管理。这些是系统处理器和初始化过程的额外负担。相比之下，除了安装它之外，与固定衰减器无关。在其他情况下，“固定”衰减器设计用于提供受控温度系数，用于在工作温度变化时稳定高功率RF放大器。

关键衰减器参数指南选择

与所有组件一样，衰减器具有许多设计规范，这些规范定义了它们在给定应用中的适用性。衰减器的主要部分是频率范围和衰减值。

某些衰减器的设计和指定用于相对宽带的使用，例如1至4 GHz，而其他衰减器则针对窄带情况，例如标称2.4 GHz ISM频段。虽然更宽的带宽似乎是一个好处，但设计和在更宽的频段上实现性能成本更高。可变衰减器存在类似的情况。在30 dB以上的范围内工作的宽范围单元比在30 dB以上的范围内工作的成本更高。

频率范围和衰减的两个参数相结合其他关键规格：频率范围内和整个工作温度范围内的衰减偏差或平坦度。平坦度通常在0.25dB或0.5dB的量级，并且通常在较高频率下难以维持。

如果衰减器是固定值单位，则只需在该单个dB值处指定平坦度。但是，对于可变衰减器，平坦度可能随衰减量而变化，因此其变化必须在不同的衰减值下指定，例如每5或10 dB。，与几乎所有无源和有源元件一样，性能必须在标称温度（25°C）以及器件的额定低温和高温下指定;一些供应商也提供温度系数数据。

衰减器的功率处理能力范围从毫瓦到数千瓦。额定功率是决定可能封装的一个因素，可以是较小的表面贴装技术（SMT）器件，适用于较大的同轴甚至波导封装，因为功率水平达到较高水平。无论封装类型如何，大多数供应商都规定了连续波（CW）操作的额定功率以及脉冲操作的峰值。根据所使用的脉冲额定值的占空比，CW-和峰值功率额定值之间的比率可以是×10，×100或更大的系数。

当然，与所有RF组件一样，衰减器的阻抗应与电路匹配。大多数衰减器设计用于50Ω工作;一些专门的可用于其他值，如75Ω。如果电路不具有匹配值，则可能需要阻抗匹配电路。

另请注意，无源衰减器的准静态插入损耗通常在3到5 dB之间。在信号电平和衰减分析中必须考虑到这一点，并且在频率范围内它可能会改变一到两个dB。供应商通常会在数据表中详细显示此损耗的具体dB值。

用户选择提供选项

衰减器使用的大部分增长都出现在大批量手持设备中例如智能手机，LAN节点或基站，其功率水平相对较低，SMT封装是实用的，并且占空比使得峰值/CW额定比率相对较小。几种标准器件说明了可用的小信号SMT衰减器的多样性（还有更大的非PC板衰减器，带有同轴连接器，主要用于与测试设置一起使用）。

Avago AMMP -6640是一款DC-40 GHz可变衰减器，工作频率范围为20 dB，插入损耗为5 dB（图1）。这款5.0×5.0×2 mm GaAs器件专为宽带操作而设计，并串联使用两个0至1.2 VDC模拟控制信号来设置衰减电平（图2）。它针对微波无线电系统和卫星VSAT（极小孔径终端）或DBS（直播卫星）上/下链路。由于其宽带特性，供应商提供了从近零到40 GHz以1 GHz步长的散射参数（s参数）S11，S21，S12和S22的详细表格。

图1：Avago AMMP-6640 DC至40 GHz可变衰减器使用串联FET串联配对和分流FET来管理信号强度。

图2：Avago的衰减AMMP-6640由两个独立的电压控制，分别为Vseries和Vshunt;结果衰减由表项显示。

对于数字控制，Skyworks Solutions的SKY12343-364LF是一款适用于0.01至4.0 GHz频段的GaAs宽带7位DSA，衰减范围为31.75 dB和0.25 dB分辨率（图3）。该单电源IC（+3.3或+5 V）的编程逻辑电平与TTL/CMOS兼容，包括双模串行控制器和集成串行外设接口（SPI）控制器。它专为各种3G和4G蜂窝基础设施应用而设计。其衰减误差与衰减设置的关系图表明，在200 MHz至4 GHz的频率范围内，性能优于±0.5 dB，设置在0至32 dB之间（图4）。

图3：Skyworks Solutions的SKY12343-364LF提供双模串行控制器和集成串行外设接口（SPI）控制器接口，并提供31.75 dB和0.25 dB分辨率的衰减范围从0.01到4.0 GHz。

图4：SKY12343-364LF的衰减误差与衰减设置的关系图表明，它的变化仅略有不同两个变量，保持在1 dB的窗口内。

另一个DSA是Peregrine Semiconductor的PE4302，一个6位，31.25 dB，DC到4 GHz单位，步长为0.5 dB。除了串行和并行CMOS接口（图5）之外，这款3 V IC还具有独特的控制接口，允许用户在上电时预设衰减值。它在主要步骤的衰减（图6a）和衰减误差与频率的关系（图6b）只是供应商提供的许多性能图中的一小部分。

图5：使用Peregrine Semiconductor PE4302 DSA，可以提前确定上电时的初始衰减设置。

图6：（a ，顶部）PE4302 DSA衰减在所有衰减值和频率下都表现出优异的平坦度，在衰减和频率处有一些偏差; （b，下图）另一种观察性能的方法是衰减误差与频率的关系（使用相同的颜色代码）。

ADI公司的ADL5240（图7）结合了增益和衰减。固定增益20 dB放大器，具有6位DSA，增益控制范围为31.5 dB，步长为0.5 dB，步进为±0.25 dB，工作频率范围为100 MHz至4000 MHz。结果是VGA可以在数字控制下从丢失到增益。与其他RF衰减器一样，供应商提供s参数详细信息，此处以图形形式显示（图8）。

图7：ADI公司的ADL5240将20 dB增益模块与DSA合并，产生数字可控VGA，可提供衰减和增益。

图8：ADL5240是一个达到4 GHz的RF组件，因此供应商必须提供详细的s参数数据，这里是图形格式。

一个有趣的固定值衰减器是Copal Electronics公司的0到3 GHz热变单元的E-TA系列（例如，E-TA2012）。这些芯片器件大约为2×3 mm，具体取决于具体单元，提供8个温度系数，分别为N1至N8，范围为-0.0119 dB/dB/°C至-0.0019 dB/dB/°C（图9） 。这些不同的系数是它们可用的标称衰减额定值1到10 dB（1 dB步长）的补充，具体取决于所选的型号。

图9：Copal Electronics的0至3 GHz热可变衰减器的E-TA系列具有八个定义的温度系数;它们可用于补偿和稳定射频功率放大器的运行，这种放大器由于温度漂移而发生，它们的温度在-40°C至+ 100°C之间变化，利用2 dB至5.5 dB的衰减变化。