电调衰减器驱动电路的设计

陶芳胜,宋淼,张宁,赵金鹏

（中电科思仪科技股份有限公司，山东青岛，266555）

0 引言

自动电平控制系统[1]是微波信号源等信号发生设备中用于保证输出微波信号快速、稳定达到设定功率电平的关键电路，其中电调衰减器是自动电平稳幅电路的重要器件。电调衰减器在模拟电压的控制下，可以实现衰减量的连续调节，非常适合电平稳幅电路的自动调节，但是典型的电调衰减器需要2个电压控制信号，而且控制信号之间需要始终保持固定关系，以保证在获得变化的衰减量同时，保持良好的阻抗匹配关系。

1 电调衰减器的控制特性

典型的自动电平控制电路原理框图如图1所示。由耦合器/电桥获取的取样信号经过对数转换电路后转换为与微波信号电平（对数值）成线性关系的中频电压信号，经过电平调理电路，与参考电平值比较后，进入比例积分电路，比例积分电路产生的控制量通过电调衰减器驱动电路调节电调衰减器的衰减量，直至通过耦合器/电桥获取的取样信号符合参考电平幅度设定值。

图1 典型的自动电平控制电路原理框图

典型的电调衰减器（AMMC-6640）内部原理如图2所示。电调衰减器[2-6]主要由多个串联场效应管、并联场效应管组成，它们共同构成T型衰减器[7-10]。通过控制串联、并联场效应管的偏置电压调节各场效应管的等效阻抗，阻抗变化的场效应管构成衰减量变化的衰减器，通过串联、并联控制电压的连续调节，实现衰减量的连续、单调变化。

图2 电调衰减器内部原理图

电调衰减器（AMMC-6640）的相对衰减量与控制电压之间的关系如图3所示。串联控制电压Vse、并联控制电压Vsh分别与相对衰减量之间存在对应的数学关系，串联控制电压随着相对衰减量的增加逐渐减小，呈现负斜率；并联控制电压随着相对衰减量的增加逐渐增加，呈现正斜率；虽然两条曲线呈现单调特性，但是斜率并不固定。

图3 相对衰减量与控制电压关系图

电调衰减器的调节过程需要串联控制电压Vse、并联控制电压Vsh保持图3所示的相对电压关系，从而在衰减量进行连续调节的过程中，电调衰减器的阻抗匹配特性也能同时达到最优，否则虽然电调衰减器的衰减量可以调节，但是驻波比的指标会变差，影响整个射频通道的频响性能。

2 电调衰减器的驱动电路设计

电调衰减器的相对衰减量与控制电压之间的关系可以由式1、式2表示，两个公式分别表征了图3中两条控制曲线。其中Vse为串联控制电压、Vsh为并联控制电压，Vctrl为驱动电路输入控制电压，通过控制电压Vctrl的变化实现两个控制电压Vse、Vsh的同时、协调改变，以保证电调衰减器处于相应衰减量下的最佳匹配状态。

针对式1设计相应的模拟电路如图4所示，由N1、N2、N3、N3的电路参数共同实现正斜率β，由N3中参数实现截距B。

由电路图4推导出的正斜率β、截距B分别如下式所示。

图4 并联控制电压产生电路

通过参数的设计，斜率的表达式可以进行简化为下式所示。

针对式2设计相应的模拟电路如图5所示，由N1、N2、N3、N3的电路参数共同实现负斜率α，由N3中参数实现截距A。

图5 串联控制电压产生电路

由电路图5推导出的负斜率α、截距A分别如下式所示。

通过参数的设计，斜率的表达式可以进行简化为下式所示。

3 电调衰减器驱动电路设计验证

由图3获取电调衰减器AMMC-6640衰减量为2dB～20dB段的Vsh控制曲线斜率0.036，截距0.324；Vse控制曲线斜率为-0.01，截距为0.44。据此设计的电调衰减器驱动电路的Saber仿真电路图如下图6所示。

图6 电调衰减器驱动电路仿真图

由图6电调衰减器驱动电路仿真得到的控制电压曲线如图7所示，控制电压曲线的斜率、截距符合图3相对衰减量与控制电压关系图。

图7 电调衰减器控制电压仿真图

4 结论

本文分析了电调衰减器相对衰减量与控制电压之间的关系特点，提出了电调衰减器驱动电路的设计方法，并通过提取电调衰减器AMMC-6640控制曲线的特征斜率、截距，设计了相应的驱动电路参数，通过仿真进行了验证。按照此方案设计的电调衰减器驱动电路在某型微波信号源、某型收发一体模块中得到了成功的应用。