電調衰減器驅動電路的設計

陶芳勝,宋淼,張寧,趙金鵬

（中電科思儀科技股份有限公司，山東青島，266555）

0 引言

自動電平控制系統[1]是微波信號源等信號發生設備中用于保證輸出微波信號快速、穩定達到設定功率電平的關鍵電路，其中電調衰減器是自動電平穩幅電路的重要器件。電調衰減器在模擬電壓的控制下，可以實現衰減量的連續調節，非常適合電平穩幅電路的自動調節，但是典型的電調衰減器需要2個電壓控制信號，而且控制信號之間需要始終保持固定關系，以保證在獲得變化的衰減量同時，保持良好的阻抗匹配關系。

1 電調衰減器的控制特性

典型的自動電平控制電路原理框圖如圖1所示。由耦合器/電橋獲取的取樣信號經過對數轉換電路后轉換為與微波信號電平（對數值）成線性關系的中頻電壓信號，經過電平調理電路，與參考電平值比較后，進入比例積分電路，比例積分電路產生的控制量通過電調衰減器驅動電路調節電調衰減器的衰減量，直至通過耦合器/電橋獲取的取樣信號符合參考電平幅度設定值。

圖1 典型的自動電平控制電路原理框圖

典型的電調衰減器（AMMC-6640）內部原理如圖2所示。電調衰減器[2-6]主要由多個串聯場效應管、并聯場效應管組成，它們共同構成T型衰減器[7-10]。通過控制串聯、并聯場效應管的偏置電壓調節各場效應管的等效阻抗，阻抗變化的場效應管構成衰減量變化的衰減器，通過串聯、并聯控制電壓的連續調節，實現衰減量的連續、單調變化。

圖2 電調衰減器內部原理圖

電調衰減器（AMMC-6640）的相對衰減量與控制電壓之間的關系如圖3所示。串聯控制電壓Vse、并聯控制電壓Vsh分別與相對衰減量之間存在對應的數學關系，串聯控制電壓隨著相對衰減量的增加逐漸減小，呈現負斜率；并聯控制電壓隨著相對衰減量的增加逐漸增加，呈現正斜率；雖然兩條曲線呈現單調特性，但是斜率并不固定。

圖3 相對衰減量與控制電壓關系圖

電調衰減器的調節過程需要串聯控制電壓Vse、并聯控制電壓Vsh保持圖3所示的相對電壓關系，從而在衰減量進行連續調節的過程中，電調衰減器的阻抗匹配特性也能同時達到最優，否則雖然電調衰減器的衰減量可以調節，但是駐波比的指標會變差，影響整個射頻通道的頻響性能。

2 電調衰減器的驅動電路設計

電調衰減器的相對衰減量與控制電壓之間的關系可以由式1、式2表示，兩個公式分別表征了圖3中兩條控制曲線。其中Vse為串聯控制電壓、Vsh為并聯控制電壓，Vctrl為驅動電路輸入控制電壓，通過控制電壓Vctrl的變化實現兩個控制電壓Vse、Vsh的同時、協調改變，以保證電調衰減器處于相應衰減量下的最佳匹配狀態。

針對式1設計相應的模擬電路如圖4所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數共同實現正斜率β，由N3中參數實現截距B。

由電路圖4推導出的正斜率β、截距B分別如下式所示。

圖4 并聯控制電壓產生電路

通過參數的設計，斜率的表達式可以進行簡化為下式所示。

針對式2設計相應的模擬電路如圖5所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數共同實現負斜率α，由N3中參數實現截距A。

圖5 串聯控制電壓產生電路

由電路圖5推導出的負斜率α、截距A分別如下式所示。

通過參數的設計，斜率的表達式可以進行簡化為下式所示。

3 電調衰減器驅動電路設計驗證

由圖3獲取電調衰減器AMMC-6640衰減量為2dB～20dB段的Vsh控制曲線斜率0.036，截距0.324；Vse控制曲線斜率為-0.01，截距為0.44。據此設計的電調衰減器驅動電路的Saber仿真電路圖如下圖6所示。

圖6 電調衰減器驅動電路仿真圖

由圖6電調衰減器驅動電路仿真得到的控制電壓曲線如圖7所示，控制電壓曲線的斜率、截距符合圖3相對衰減量與控制電壓關系圖。

圖7 電調衰減器控制電壓仿真圖

4 結論

本文分析了電調衰減器相對衰減量與控制電壓之間的關系特點，提出了電調衰減器驅動電路的設計方法，并通過提取電調衰減器AMMC-6640控制曲線的特征斜率、截距，設計了相應的驅動電路參數，通過仿真進行了驗證。按照此方案設計的電調衰減器驅動電路在某型微波信號源、某型收發一體模塊中得到了成功的應用。