程控步进衰减器在通信测试设备上的设计应用

赵李华　李渊

摘要：程控衰减器的信号调节和电平控制功能可广泛应用于通信测试设备中，而利用HMC472LP4E单片集成衰减器设计的一款宽带程控步进衰减器，更具有较大的动态衰减范围、优良的衰减精度等优点。

关键词：程控步进衰减器；HMC472LP4E；微带传输线

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）10-2461-03

Abstract： Signal program-controlled attenuator regulation and level control function can be widely used in communications test equipment. Now， a new wideband programmable step attenuator， designed by monolithic integrated attenuator with MMIC HMC472LP4E， has advantages of larger dynamic attenuation range and excellent attenuation accuracy and so on.

Key words： Programmable step attenuator；HMC472LP4E； Microstrip transmission line

随着通信技术的发展，数字化、智能化设计对测试设备提出了较高的要求，测试设备的应用也在不断地向小型化、低功耗、高可靠性方向发展。微波通信测试系统需要精确的调节功率电平，因此程控步进衰减器就成了应用的必需。而单片集成电路（MMIC）具有体积小、稳定性好、抗干扰强、产品性能一致性好和批量成本低等优点，在设备研制中占据越来越重要的地位。该文主要论述了以HMC472LP4E为核心衰减器，实现DC-3GHz工作频率、63dB衰减范围、1dB步进的程控衰减器。

1 HMC472的框图及原理

如图1所示，HMC472是一款GaAs MMIC数控衰减器，其主要特性如下：

1）0.5dB LSB步进到31.5dB

2）每位单独控制

3）TTL/CMOS兼容控制

4）±0.25dB的典型阶跃误差

5）单电源+5V供电

6）24脚陶瓷4×4㎜ SMT封装

7）最大插入损耗2.3dB@3GHz

2 衰减器的设计

为了满足设计需求，如图2所示，我们把两片HMC472LP4E进行级联设计，这样保证了63dB的大动态范围，理论插入损耗为4.6dB@3GHz。

因为HMC472的封装小，其引脚在芯片下面，且又不是标准的BGA封装，很容易造成短路，所以必须保证良好的PCB设计，并考虑微带传输线效应。

由于实现宽带电路匹配是比较困难的，在设计过程中应尽量减小误差，利用HITTITE公司提供的S参数，结合仿真软件Si9000，对电路进行了微带传输线匹配设计，如图3所示，在Zo=50Ω左右输入和输出特性阻抗下，其微带线宽度为W1=1.5㎜，W2=1.45㎜，板材介电常数Er1=4.2，板厚为H1=0.8㎜，铜箔厚度T1=0.0787㎜，在两级衰减器输入输出之间采用1000pF串联电容进行隔直处理，在控制管脚近端布置330pF的浮地电容来保证低频段的性能。

电源质量直接决定了性能的优劣，为此，设计时在电源输入端布置滤波去耦电容，同时要保证电源线足够的宽度，以减少传导电阻的影响。

在PCB设计中，如图4所示，整版采用大面积铺地铜箔，以保证信号的屏蔽和隔离。

3 电路制作与实验结果

按照上述设计和要求，制作了电路板并进行了贴片焊接和电路调试。

由于HMC472LP4E的微型封装，给焊接造成不便，必须使用机器贴装，才能保证产品性能的可靠和一致性。

通过实验测试，如表1所示，整个衰减器衰减指标表明结果与理论仿真结果基本一致。

4 结束语

本设计应用在通信测试设备的程控衰减器部分，作为自动控制测试系统的重要组成，对准确测量电路的电平指标、防止电路过载等起到重要作用。该设计提高了测试效率，在不中断电路的情况下，实现了多状态电路的自动化测试。在设计中，宽频带的高衰减精度是一个难点，通过选择合适的衰减器芯片，利用仿真软件进行电磁验证和制作，使得设计仿真与实验结果符合一致，达到了设计应用的目的。

参考文献：

[1] 刘宗武.程控衰减器设计技术[J].半导体情报，1999（5）：39-42.

[2] 沈昌宏，沈亚.基于金属陶瓷贴片封装的数控衰减器设计[J].电子与封装，2010（12）：1-4.

[3] 邓玉芬，朱蕾.小步进功率数控衰减器的设计及实现方法[J].微波学报，2010（S1）：314-316.

[4] HMC472LP4E Datasheet [Z].美国Hittite 公司.