Pi型衰减器设计说明书

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1、专业资料低成本的表面贴PIN管的Pi型衰减器简介模拟衰减器在射频以及微波网络方面得到了很广泛的应用。无论是采用砷化镓微波集成电路（GaAsMMICs）还是采用PIN管的网络，它们都是通过电压来控制射频信号的功率的。在商业应用中，比如蜂窝电话网，个人通信网络，无线局域网以及便携式无线电等，衰减器的造价是设计中的一个重要因素。本文描述了一种利用塑胶封装的表面贴片设计的低造价、宽频带的PIN管Pi型衰减器。背景图1描绘了基本的Pi型衰减器以及它的设计方程。调整分流电阻R1和串联电阻R3以满足衰减值A=20log(K)，同

2、时提供与系统特性阻抗匹配的输入输出阻抗。当PIN管工作在高于其截止频率fc（见附录A）时，它可以用作为流控可变电阻。故可用三个PIN管代替Pi型电路中的固定电阻来构造一个可变衰减器。作为一个例子，图2给出了一个由三个PIN管构成的衰减器，这个电路在10MHZ到500MHZ的频率范围内有良好的性能。然而，在Pi型电路中用三个PIN管作为三个可变电阻导致了网络的不对称，这就使偏置电路相当复杂。word完美格式专业资料4个PIN管组成的Pi型衰减器word完美格式专业资料如图3，如果用两个PIN管来代替电阻R3，会有很多

3、好处。首先，由于网络的最大隔离度是由串联的PIN管决定的，用两个PIN管取代一个管子将提高衰减的最大值，或是在一定的衰减量下使频率上限增加一倍。第二，代替串联电阻的两个PIN管180度反相工作，使得偶数阶的非线性产物得以抵消。第三，构成的衰减器网络是对称的，而且偏置电路非常简单。V+是一固定电压，Vc是控制网络衰减量的可变电压。采用两个串联PIN管代替一个管子的唯一负面影响就是导致插损的轻微增加，合计小于0.5dB。R1和R2分别作为串联PIN管D2和D3的偏流电阻，它们必须做得足够高以减小插损；然而，如果它们作得

4、太高，就需要非常高的控制电压Vc。如果设计者不需要很大的带宽的话，可以通过在R1和R2及RF线之间加装一些扼流圈来改善插损特性，这些电感可以降低网络射频部份的电阻。R3和R4的选择视具体的PIN管而定；选择合适的话，它们将在串联与并联的PIN管之间提供恰当的电流分配，以保持在整个衰减动态范围内的良好的阻抗匹配特性。虽然我们可以通过分析计算来确定R1和R4的阻值，但由经验来确定它们显然更快更简单。惠普的HSMP-3810系列表面装置PIN二极管有良好的线性，较低的截止频率和较低的价格。为了节省成本和板子空间，我们选择

5、了两个共阴极的HSMP-3814来代替四个单独的HSMP-3810PIN管。在选择了管子，V+=5V及0≤Vc≤15V后，R1和R4可以由经验值确定。测试电路中所有组件的指标都在图3中给出。如图5示，衰减器装在一个2平方英尺的0.032’’厚的HT-2word完美格式专业资料PC板上。这种材料相对传统的FR4有较高的性能，在附录B中对它有详细的介绍。使用贴片电阻和电容，如图5所示，完整的衰减器占用了0,5平方英尺的空间。word完美格式专业资料测试结果图6给出了不同控制电压值下测量的衰减量与频率的关系曲线。在300

6、KHZ到3GHZ范围内获得了良好的性能。图7给出了在Vc取最大值和最小值时回波损耗与频率的关系曲线。Vc取其它值时，回波损耗将更高，Vc=0时的数据是最坏情况下的结果。图8给出了在一系列频率下衰减量与控制电压之间的关系曲线。最后，图9给出了衰减器的交调失真曲线。数据以三阶截取点给出，关于截取点的详细解释，请参考附录C。word完美格式专业资料结论从测试数据中，我们可以看出，4个PIN管的Pi型衰减器提供了很好的匹配特性，和在极宽的频带下的很平坦的衰减度。此外由于使用表面贴片设计，它还有低成本的优点。word完美格式

7、专业资料附录A-PIN管的截止频率PIN管通常当作流控RF电阻使用。然而，这个模型仅在管子工作在其截止频率fc以上才准确，fc=1/2πτ，其中τ是管子中少数载流子的生存周期。工作在十倍于fc的频率上，PIN管可以准确的设计为一个流控电阻，相当于一个小的结电容（忽略管壳的寄生电容参量）。在0.1fc以下的频率工作时，PIN管的特性就相当于一个PN结二极管。当工作在0.1fc到10fc之间时,它的特性变得非常复杂;通常它表现为一个随频率变化的电阻,随电流变化的电感或电容。另外,在这个频率范围内工作时,管子的非线性特性

8、较差。HSMP-3810系列的管子τ=1500nsec，故截止频率为100KHZ。这个管子应在1MHZ以上频率工作时表现为一个随频率变化的纯电阻。然而，由于管子被优化用于宽带的衰减器，所以它在fc以下工作时的特性仍然很好，图6给出了工作在300KHZ时的测量数据。附录B-板子材料许多印刷板通常采用这两类材料：FR4和PTFE（聚四氟氯乙烯）。前者的机械强度和