一种低相差CMOS差分数控衰减器制造技术

本发明专利技术公开了一种低相差CMOS差分数控衰减器，属于射频集成电路领域。包括六个差分衰减单元和十个用于级间与输出匹配的电感，共有64个衰减态，衰减步进为0.5dB，最大衰减量为31.5dB，采用电容网络进行相位补偿，有效降低了附加相移。本发明专利技术具有低相差、高精度、极低功耗、高线性度、超宽带、低成本、易于使用和片上集成等优点的CMOS差分数控衰减器，可用于通信系统以及雷达系统等方面。

A low phase difference CMOS differential attenuator

The invention discloses a low phase difference CMOS differential fractional control attenuator, which belongs to the field of radio frequency integrated circuits. It includes six differential attenuation units and ten inductors for interstage and output matching, with a total of 64 attenuation States, the attenuation step is 0.5dB, the maximum attenuation is 31.5dB, and the capacitor network is used for phase compensation, which effectively reduces the additional phase shift. The invention has the advantages of low phase difference, high precision, low power consumption, high linearity, ultra wideband, low cost, easy to use and chip integration, and can be used in communication systems and radar systems.

【技术实现步骤摘要】
一种低相差CMOS差分数控衰减器
本专利技术涉及一种数控衰减器，特别是一种低相差CMOS差分数控衰减器。
技术介绍
衰减器可实现信号幅度的控制，在通信系统、雷达系统以及制导系统等方面有重要应用。实现高精度衰减的同时保持低的附加相移，可以避免复杂的幅相矫正，有利于降低设计的复杂度与系统的成本。此外，性能好的衰减器还应具有低功耗、高线性度、宽带、低成本、易于使用和集成等特点。硅基CMOS技术与GaAs技术相比，在成本与片上集成等方面优势巨大。在CMOS射频集成电路中，混频器、低噪声放大器与功率放大器等模块常使用差分结构，因此要求CMOS衰减器具有差分结构。目前已公布专利中，有关CMOS差分衰减器的专利非常少。北京理工大学在其专利申请文件“一种桥式差分无源衰减器”(授权公告号CN104953975A，申请号201510406727.4，申请日期2015.07.12)中公开了一种CMOS差分无源衰减器。该衰减器采用桥式结构，通过调节四个NMOS管的源极、漏极和栅极电压改变四个NMOS管导通电阻的大小，从而实现信号衰减的功能。该衰减器存在三个缺点：(1)没有进行相位补偿，不同衰减态之间的相位波动很大；(2)主体衰减电路需与源跟随电路配合使用，额外增加了功耗；(3)控制信号为模拟量，使用复杂。
技术实现思路
本专利技术公开了一种低相差CMOS差分数控衰减器，解决了数控衰减器处理差分信号、附加相移大、功耗大、价格高以及不便使用和集成的问题。一种低相差CMOS差分数控衰减器，包括：0.5dB衰减单元、1dB衰减单元、2dB衰减单元、4dB衰减单元、8dB衰减单元、16dB衰减单元、控制端1、控制端2、控制端3、控制端4、控制端5、控制端6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、差分输入正端、差分输入负端、差分输出正端和差分输出负端，共有26＝64个衰减状态，衰减步进为0.5dB，最大衰减量为31.5dB。0.5dB衰减单元和1dB衰减单元的差分结构相同，均分别包括：两个NMOS管、四个电阻、两个差分输入端、两个差分输出端和一个控制端。该差分结构的第一个NMOS管M1的漏极、差分输入正端和差分输出正端三者相连，第一个NMOS管M1的源极、第一个NMOS管M1的体端均分别与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与第二个NMOS管M2的源极和第二个NMOS管M2的体端相连，第二个NMOS管M2的漏极、差分输入负端和差分输出负端三者相连，第一个NMOS管M1的栅极与电阻R3的一端相连，第二个NMOS管M2的栅极与电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端、电阻R4的另一端与控制端相连。2dB衰减单元、4dB衰减单元、8dB衰减单元和16dB衰减单元的差分结构相同，均分别包括：六个NMOS管、十八个电阻、一个电容、一个反相器、两个差分输入端、两个差分输出端和一个控制端。该差分结构中的第一个NMOS管M1的漏极与差分输入正端相连，第一个NMOS管M1的源极、第一个NMOS管M1的体端均分别与电阻R1的一端相连，第二个NMOS管M2的漏极与差分输入负端相连，第二个NMOS管M2的源极、第二个NMOS管M2的体端均分别与电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连，第三个NMOS管M3的漏极与差分输出正端相连，第三个NMOS管M3的源极、第三个NMOS管M3的体端均分别与电阻R3的一端相连，第四个NMOS管M4的漏极与差分输出负端相连，第四个NMOS管M4的源极、第四个NMOS管M4的体端均分别与电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端相连，第五个NMOS管M5的漏极、电阻R5的一端均分别与差分输入正端相连，第五个NMOS管M5的源极、第五个NMOS管M5的体端和电阻R6的一端均分别与差分输出正端相连，电阻R5的另一端、电阻R6的另一端均分别与电容的一端相连，第六个NMOS管M6的漏极、电阻R7的一端均分别与差分输入负端相连，第六个NMOS管M6的源极、第六个NMOS管M6的体端和电阻R8的一端均分别与差分输出负端相连，电阻R7的另一端、电阻R8的另一端均分别与电容的另一端相连，第一个NMOS管M1的栅极与电阻R9的一端相连，第二个NMOS管M2的栅极与电阻R10的一端相连，第三个NMOS管M3的栅极与电阻R11的一端相连，第四个NMOS管M4的栅极与电阻R12的一端相连，电阻R9的另一端、电阻R10的另一端、电阻R11的另一端、电阻R12的另一端均分别与控制端相连，第五个NMOS管M5的栅极与电阻R13的一端相连，第六个NMOS管M6的栅极与电阻R14的一端相连，电阻R13的另一端、电阻R14的另一端均分别与反相器的输出端相连，反相器的输入端与控制端相连，电阻R15的一端与差分输入正端相连，电阻R15的另一端与地相连，电阻R16的一端与差分输入负端相连，电阻R16的另一端与地相连，电阻R17的一端与差分输出正端相连，电阻R17的另一端与地相连，电阻R18的一端与差分输出负端相连，电阻R18的另一端与地相连。0.5dB衰减单元的差分输入正端作为衰减器的差分输入正端，0.5dB衰减单元的差分输入负端作为衰减器的差分输入负端，0.5dB衰减单元的差分输出正端与1dB衰减单元的差分输入正端相连，0.5dB衰减单元的差分输出负端与1dB衰减单元的差分输入负端相连，0.5dB衰减单元的控制端与控制端1相连，1dB衰减单元的差分输出正端与电感L1的一端相连，1dB衰减单元的差分输出负端与电感L2的一端相连，1dB衰减单元的控制端与控制端2相连，电感L1的另一端与2dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L2的另一端与2dB衰减单元的差分输入负端相连，2dB衰减单元的差分输出正端与电感L3的一端相连，2dB衰减单元的差分输出负端与电感L4的一端相连，2dB衰减单元的控制端与控制端3相连，电感L3的另一端与4dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L4的另一端与4dB衰减单元的差分输入负端相连，4dB衰减单元的差分输出正端与电感L5的一端相连，4dB衰减单元的差分输出负端与电感L6的一端相连，4dB衰减单元的控制端与控制端4相连，电感L5的另一端与8dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L6的另一端与8dB衰减单元的差分输入负端相连，8dB衰减单元的差分输出正端与电感L7的一端相连，8dB衰减单元的差分输出负端与电感L8的一端相连，8dB衰减单元的控制端与控制端5相连，电感L7的另一端与16dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L8的另一端与16dB衰减单元的差分输入负端相连，16dB衰减单元的差分输出正端与电感L9的一端相连，16dB衰减单元的差分输出负端与电感L10的一端相连，16dB衰减单元的控制端与控制端6相连，电感L9的另一端作为衰减器的差分输出正端，电感L10的另一端作为衰减器的差分输出负端。本专利技术能够实现一种具有低相差、高精度、极低功耗、高线性度、超宽带、低成本、易于使用等优点的CMOS差分数控衰减器，该衰减器能够单独使用，且能够方便地与其他CMOS模块电路进行片上集成。本专利技术使用电容网络进行相位补偿，使衰减器的附加相移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低相差CMOS差分数控衰减器，其特征在于包括：0.5dB衰减单元、1dB衰减单元、2dB衰减单元、4dB衰减单元、8dB衰减单元、16dB衰减单元、控制端1、控制端2、控制端3、控制端4、控制端5、控制端6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、差分输入正端、差分输入负端、差分输出正端和差分输出负端；0.5dB衰减单元的差分输入正端作为衰减器的差分输入正端，0.5dB衰减单元的差分输入负端作为衰减器的差分输入负端，0.5dB衰减单元的差分输出正端与1dB衰减单元的差分输入正端相连，0.5dB衰减单元的差分输出负端与1dB衰减单元的差分输入负端相连，0.5dB衰减单元的控制端与控制端1相连，1dB衰减单元的差分输出正端与电感L1的一端相连，1dB衰减单元的差分输出负端与电感L2的一端相连，1dB衰减单元的控制端与控制端2相连，电感L1的另一端与2dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L2的另一端与2dB衰减单元的差分输入负端相连，2dB衰减单元的差分输出正端与电感L3的一端相连，2dB衰减单元的差分输出负端与电感L4的一端相连，2dB衰减单元的控制端与控制端3相连，电感L3的另一端与4dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L4的另一端与4dB衰减单元的差分输入负端相连，4dB衰减单元的差分输出正端与电感L5的一端相连，4dB衰减单元的差分输出负端与电感L6的一端相连，4dB衰减单元的控制端与控制端4相连，电感L5的另一端与8dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L6的另一端与8dB衰减单元的差分输入负端相连，8dB衰减单元的差分输出正端与电感L7的一端相连，8dB衰减单元的差分输出负端与电感L8的一端相连，8dB衰减单元的控制端与控制端5相连，电感L7的另一端与16dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L8的另一端与16dB衰减单元的差分输入负端相连，16dB衰减单元的差分输出正端与电感L9的一端相连，16dB衰减单元的差分输出负端与电感L10的一端相连，16dB衰减单元的控制端与控制端6相连，电感L9的另一端作为衰减器的差分输出正端，电感L10的另一端作为衰减器的差分输出负端。...

【技术特征摘要】
1.一种低相差CMOS差分数控衰减器，其特征在于包括：0.5dB衰减单元、1dB衰减单元、2dB衰减单元、4dB衰减单元、8dB衰减单元、16dB衰减单元、控制端1、控制端2、控制端3、控制端4、控制端5、控制端6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、差分输入正端、差分输入负端、差分输出正端和差分输出负端；0.5dB衰减单元的差分输入正端作为衰减器的差分输入正端，0.5dB衰减单元的差分输入负端作为衰减器的差分输入负端，0.5dB衰减单元的差分输出正端与1dB衰减单元的差分输入正端相连，0.5dB衰减单元的差分输出负端与1dB衰减单元的差分输入负端相连，0.5dB衰减单元的控制端与控制端1相连，1dB衰减单元的差分输出正端与电感L1的一端相连，1dB衰减单元的差分输出负端与电感L2的一端相连，1dB衰减单元的控制端与控制端2相连，电感L1的另一端与2dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L2的另一端与2dB衰减单元的差分输入负端相连，2dB衰减单元的差分输出正端与电感L3的一端相连，2dB衰减单元的差分输出负端与电感L4的一端相连，2dB衰减单元的控制端与控制端3相连，电感L3的另一端与4dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L4的另一端与4dB衰减单元的差分输入负端相连，4dB衰减单元的差分输出正端与电感L5的一端相连，4dB衰减单元的差分输出负端与电感L6的一端相连，4dB衰减单元的控制端与控制端4相连，电感L5的另一端与8dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L6的另一端与8dB衰减单元的差分输入负端相连，8dB衰减单元的差分输出正端与电感L7的一端相连，8dB衰减单元的差分输出负端与电感L8的一端相连，8dB衰减单元的控制端与控制端5相连，电感L7的另一端与16dB衰减单元的差分输入正端相连，电感L8的另一端与16dB衰减单元的差分输入负端相连，16dB衰减单元的差分输出正端与电感L9的一端相连，16dB衰减单元的差分输出负端与电感L10的一端相连，16dB衰减单元的控制端与控制端6相连，电感L9的另一端作为衰减器的差分输出正端，电感L10的另一端作为衰减器的差分输出负端。2.根据权利要求1所述的低相差CMOS差分数控衰减器，其特征在于，所述0.5dB衰减单元和1dB衰减单元的差分结构相同，均分别包括：两个NMOS管、四个电阻、两个差分输入端、两个差分输出端和一个控制端；该差分结构的第一个NMOS管M1的漏极、差分输入正端和差分输出正端三者相连，第一个NMOS管M1的源极、第一个NMOS管M1的体端均分别与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与第二个NMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海明，尹鸿杰，刘志哲，吴昱程，陈林辉，刘晓东，
申请(专利权)人：北京遥感设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11