在RF電路中，更高的信號(hào)電平通常是一件好事。它們可以提高信噪比(SNR)，減少內(nèi)部電路元件噪聲和外部信號(hào)噪聲引起的問(wèn)題。結(jié)果，更高的信號(hào)電平通常簡(jiǎn)化了RF電路設(shè)計(jì)的許多挑戰(zhàn)。

然而，在許多系統(tǒng)中，RF信號(hào)不可避免地具有跨越30,40或更多dB的寬動(dòng)態(tài)范圍;一些設(shè)計(jì)必須處理范圍超過(guò)100 dB的信號(hào)。示例包括雷達(dá)或遠(yuǎn)程無(wú)線，甚至是短距離LAN，其中一個(gè)或兩個(gè)鏈路節(jié)點(diǎn)正在移動(dòng)并且存在障礙物和干擾。

如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)為使用較低級(jí)別的信號(hào)正常工作，則可能沒(méi)有更高功率信號(hào)的余量(RF，功率和信號(hào)電平通常密切相關(guān))。結(jié)果是過(guò)載，飽和甚至可能損壞敏感的模擬組件，如前端放大器。即使沒(méi)有永久性損壞，只要信號(hào)鏈的元件被“最大化”，系統(tǒng)就無(wú)法正常工作。在這些情況下，組件可能需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間才能擺脫飽和狀態(tài)連鎖再次可行。在其他情況下，衰減器將一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)的最大值與鏈中另一個(gè)級(jí)的更大限制的最大值匹配。

由于這些原因，通常需要管理和衰減信號(hào)電平。通過(guò)已知或可控量，這是射頻衰減器發(fā)揮作用的地方。有三種類型的RF衰減器：

1)固定值衰減器，提供一個(gè)或兩個(gè)dB，或10 dB，20 dB或更多dB的值。

2 )電壓可變或電壓控制衰減器，其中模擬電壓設(shè)置在連續(xù)可變范圍內(nèi)的衰減水平，例如在0 dB和30 dB之間或0 dB和60 dB之間。

3)數(shù)字化受控衰減器或數(shù)字步進(jìn)衰減器(DSA)，其中多位代碼在0 dB至32或64 dB的范圍內(nèi)以離散步長(zhǎng)建立衰減，例如，以1或2 dB/位的步長(zhǎng);有些產(chǎn)品提供小至0.25 dB的步長(zhǎng)。

(請(qǐng)注意，還有機(jī)械控制的衰減器，用戶可通過(guò)旋鈕設(shè)置衰減。這些衰減器幾乎只用于測(cè)試環(huán)境或高功率一次性設(shè)計(jì)。)

可控衰減器是可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)的補(bǔ)充，它可以增強(qiáng)信號(hào)以匹配鏈中的組件范圍。對(duì)于需要額外靈活性的設(shè)計(jì)，甚至還有可用的VGA，它們可以跨越增益和衰減，例如-10到+40 dB;在內(nèi)部，這些是由可變衰減器(電壓或數(shù)字控制)與增益模塊串聯(lián)構(gòu)建的。

簡(jiǎn)單地使用可變衰減器而不是固定衰減器似乎是合理的，以提供最大值使用靈活。然而，這種靈活性是有代價(jià)的，因?yàn)榭勺兯p器成本更高，耗散更多功率，并且在上電時(shí)需要(在大多數(shù)版本中)控制信號(hào)，以及在使用時(shí)的連續(xù)監(jiān)督管理。這些是系統(tǒng)處理器和初始化過(guò)程的額外負(fù)擔(dān)。相比之下，除了安裝它之外，與固定衰減器無(wú)關(guān)。在其他情況下，“固定”衰減器設(shè)計(jì)用于提供受控溫度系數(shù)，用于在工作溫度變化時(shí)穩(wěn)定高功率RF放大器。

關(guān)鍵衰減器參數(shù)指南選擇

與所有組件一樣，衰減器具有許多設(shè)計(jì)規(guī)范，這些規(guī)范定義了它們?cè)诮o定應(yīng)用中的適用性。衰減器的主要部分是頻率范圍和衰減值。

某些衰減器的設(shè)計(jì)和指定用于相對(duì)寬帶的使用，例如1至4 GHz，而其他衰減器則針對(duì)窄帶情況，例如標(biāo)稱2.4 GHz ISM頻段。雖然更寬的帶寬似乎是一個(gè)好處，但設(shè)計(jì)和在更寬的頻段上實(shí)現(xiàn)性能成本更高?？勺兯p器存在類似的情況。在30 dB以上的范圍內(nèi)工作的寬范圍單元比在30 dB以上的范圍內(nèi)工作的成本更高。

頻率范圍和衰減的兩個(gè)參數(shù)相結(jié)合其他關(guān)鍵規(guī)格：頻率范圍內(nèi)和整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的衰減偏差或平坦度。平坦度通常在0.25dB或0.5dB的量級(jí)，并且通常在較高頻率下難以維持。

如果衰減器是固定值單位，則只需在該單個(gè)dB值處指定平坦度。但是，對(duì)于可變衰減器，平坦度可能隨衰減量而變化，因此其變化必須在不同的衰減值下指定，例如每5或10 dB。最后，與幾乎所有無(wú)源和有源元件一樣，性能必須在標(biāo)稱溫度(25°C)以及器件的額定低溫和高溫下指定;一些供應(yīng)商也提供溫度系數(shù)數(shù)據(jù)。

衰減器的功率處理能力范圍從毫瓦到數(shù)千瓦。額定功率是決定可能封裝的一個(gè)因素，可以是較小的表面貼裝技術(shù)(SMT)器件，適用于較大的同軸甚至波導(dǎo)封裝，因?yàn)楣β仕竭_(dá)到較高水平。無(wú)論封裝類型如何，大多數(shù)供應(yīng)商都規(guī)定了連續(xù)波(CW)操作的額定功率以及脈沖操作的峰值。根據(jù)所使用的脈沖額定值的占空比，CW-和峰值功率額定值之間的比率可以是×10，×100或更大的系數(shù)。

當(dāng)然，與所有RF組件一樣，衰減器的阻抗應(yīng)與電路匹配。大多數(shù)衰減器設(shè)計(jì)用于50Ω工作;一些專門的可用于其他值，如75Ω。如果電路不具有匹配值，則可能需要阻抗匹配電路。

另請(qǐng)注意，無(wú)源衰減器的準(zhǔn)靜態(tài)插入損耗通常在3到5 dB之間。在信號(hào)電平和衰減分析中必須考慮到這一點(diǎn)，并且在頻率范圍內(nèi)它可能會(huì)改變一到兩個(gè)dB。供應(yīng)商通常會(huì)在數(shù)據(jù)表中詳細(xì)顯示此損耗的具體dB值。

用戶選擇提供選項(xiàng)

衰減器使用的大部分增長(zhǎng)都出現(xiàn)在大批量手持設(shè)備中例如智能手機(jī)，LAN節(jié)點(diǎn)或基站，其功率水平相對(duì)較低，SMT封裝是實(shí)用的，并且占空比使得峰值/CW額定比率相對(duì)較小。幾種標(biāo)準(zhǔn)器件說(shuō)明了可用的小信號(hào)SMT衰減器的多樣性(還有更大的非PC板衰減器，帶有同軸連接器，主要用于與測(cè)試設(shè)置一起使用)。

Avago AMMP -6640是一款DC-40 GHz可變衰減器，工作頻率范圍為20 dB，插入損耗為5 dB(圖1)。這款5.0×5.0×2 mm GaAs器件專為寬帶操作而設(shè)計(jì)，并串聯(lián)使用兩個(gè)0至1.2 VDC模擬控制信號(hào)來(lái)設(shè)置衰減電平(圖2)。它針對(duì)微波無(wú)線電系統(tǒng)和衛(wèi)星VSAT(極小孔徑終端)或DBS(直播衛(wèi)星)上/下鏈路。由于其寬帶特性，供應(yīng)商提供了從近零到40 GHz以1 GHz步長(zhǎng)的散射參數(shù)(s參數(shù))S11，S21，S12和S22的詳細(xì)表格。

圖1：Avago AMMP-6640 DC至40 GHz可變衰減器使用串聯(lián)FET串聯(lián)配對(duì)和分流FET來(lái)管理信號(hào)強(qiáng)度。

圖2：Avago的衰減AMMP-6640由兩個(gè)獨(dú)立的電壓控制，分別為Vseries和Vshunt;結(jié)果衰減由表項(xiàng)顯示。

對(duì)于數(shù)字控制，Skyworks Solutions的SKY12343-364LF是一款適用于0.01至4.0 GHz頻段的GaAs寬帶7位DSA，衰減范圍為31.75 dB和0.25 dB分辨率(圖3)。該單電源IC(+3.3或+5 V)的編程邏輯電平與TTL/CMOS兼容，包括雙模串行控制器和集成串行外設(shè)接口(SPI)控制器。它專為各種3G和4G蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用而設(shè)計(jì)。其衰減誤差與衰減設(shè)置的關(guān)系圖表明，在200 MHz至4 GHz的頻率范圍內(nèi)，性能優(yōu)于±0.5 dB，設(shè)置在0至32 dB之間(圖4)。

圖3：Skyworks Solutions的SKY12343-364LF提供雙模串行控制器和集成串行外設(shè)接口(SPI)控制器接口，并提供31.75 dB和0.25 dB分辨率的衰減范圍從0.01到4.0 GHz。

圖4：SKY12343-364LF的衰減誤差與衰減設(shè)置的關(guān)系圖表明，它的變化僅略有不同兩個(gè)變量，保持在1 dB的窗口內(nèi)。

另一個(gè)DSA是Peregrine Semiconductor的PE4302，一個(gè)6位，31.25 dB，DC到4 GHz單位，步長(zhǎng)為0.5 dB。除了串行和并行CMOS接口(圖5)之外，這款3 V IC還具有獨(dú)特的控制接口，允許用戶在上電時(shí)預(yù)設(shè)衰減值。它在主要步驟的衰減(圖6a)和衰減誤差與頻率的關(guān)系(圖6b)只是供應(yīng)商提供的許多性能圖中的一小部分。

圖5：使用Peregrine Semiconductor PE4302 DSA，可以提前確定上電時(shí)的初始衰減設(shè)置。

圖6：(a ，頂部)PE4302 DSA衰減在所有衰減值和頻率下都表現(xiàn)出優(yōu)異的平坦度，在最大衰減和頻率處有一些偏差; (b，下圖)另一種觀察性能的方法是衰減誤差與頻率的關(guān)系(使用相同的顏色代碼)。

ADI公司的ADL5240(圖7)結(jié)合了增益和衰減。固定增益20 dB放大器，具有6位DSA，增益控制范圍為31.5 dB，步長(zhǎng)為0.5 dB，步進(jìn)精度為±0.25 dB，工作頻率范圍為100 MHz至4000 MHz。結(jié)果是VGA可以在數(shù)字控制下從丟失到增益。與其他RF衰減器一樣，供應(yīng)商提供s參數(shù)詳細(xì)信息，此處以圖形形式顯示(圖8)。

圖7：ADI公司的ADL5240將20 dB增益模塊與DSA合并，產(chǎn)生數(shù)字可控VGA，可提供衰減和增益。

圖8：ADL5240是一個(gè)達(dá)到4 GHz的RF組件，因此供應(yīng)商必須提供詳細(xì)的s參數(shù)數(shù)據(jù)，這里是圖形格式。

一個(gè)有趣的固定值衰減器是Copal Electronics公司的0到3 GHz熱變單元的E-TA系列(例如，E-TA2012)。這些芯片器件大約為2×3 mm，具體取決于具體單元，提供8個(gè)溫度系數(shù)，分別為N1至N8，范圍為-0.0119 dB/dB/°C至-0.0019 dB/dB/°C(圖9) 。這些不同的系數(shù)是它們可用的標(biāo)稱衰減額定值1到10 dB(1 dB步長(zhǎng))的補(bǔ)充，具體取決于所選的型號(hào)。

圖9：Copal Electronics的0至3 GHz熱可變衰減器的E-TA系列具有八個(gè)定義的溫度系數(shù);它們可用于補(bǔ)償和穩(wěn)定射頻功率放大器的運(yùn)行，這種放大器由于溫度漂移而發(fā)生，它們的溫度在-40°C至+ 100°C之間變化，利用2 dB至5.5 dB的衰減變化。