基于CMOS工艺的数字步进衰减器的设计

图10：扩大低频范围中的NVG的寄生能量频谱图。

IP3几乎在每一种无线电及有线电视(CATV)应用中都是至关重要的。图7是不同器件(工作电压都为＋3V)的IIP3(输入三阶截取点)值，可以看出某些产品的IIP3在低频时有所下降。在1GHz以上，大多数DSA确实都能达到市场需要的规格，但是许多DSA应用在10至300MHz频率的环境中，例如有线电视需要DSA从5MHz开始就具有高线性度。尽管这里提供的只是器件的采样数据，但是对于一般的砷化镓器件而言还是具有代表性的(请注意低端性能)。

回波损耗是另外一个重要参数。许多步进衰减器在无法容忍阻抗失配的混频器和滤波器的旁边工作，失配导致的反射波也会传输到相邻器件，并产生纹波、增益变化及其它问题。

负电压发生器(NVG)的设计

面向这种应用的器件(PE4302)包括一个可选择的片上逆变器，它可产生一个-3V的内部参考电压。与典型的咝咝响的电容电荷泵不同，Peregrine公司的产品使用改进的开关波形和电阻/电容低通滤波以降低噪声。结合这两种方法可设计一种被称为负电压发生器的电路。图8是带有常规电荷泵的GaAs

表1：电阻值与插入损耗、拓扑结构的关系。

DSA的寄生能量频谱图，在一个很宽的带宽上，毛刺高达-70dBm。

Peregrine产品在同样条件下的频谱如图9所示。试验装置包括一台频谱分析仪，R_BW＝V_BW＝10KHz，REFLVL＝-70dBm, 在它的前面是一台惠普50MHz低噪音放大器(图形作了增益调整)。除了DC附近一个几乎看不见的元件外，该图形反映了测量到固有噪声电平。

图10显示的是采用更窄滤波器带宽的近距离低频频谱图。该图减去了器件关闭电源时的标称固有噪声电平(约为-135dBm)以便更好地显示NVG的寄生信号成份。在NVG启动并工作的情况下，整个器件的能量消耗仅为几十微安培(工作电压为3V)。只要在Vss/GND管脚加上-3V的电压，就可以完全关闭NVG。

新增的功能

表2：UTSi性能与 几何尺寸的关系。

在CMOS芯片设计的早期阶段，可看到两个没有使用的管脚：PUP1和PUP2，用它们将衰减器上电后的状态设置为四个值中的一个：0、8、16或31dB。这种预先设置为发射机的排列带来实际好处。设置上电状态为最大衰减值可以遏制输出，同时控制器以及各种环路还可以保持它们的正常工作状态。潜在的寄生信号在到达天线及A-I-R之前就被拦截。

由于实现这个功能的额外逻辑电路实际上是免费使用的，所以单片CMOS具有很大的优势。

本文小结

本文讨论的先进DSA设计方法能将宽带线性度及精确度提高到一个新的水准。与许多RF器件不同，这种电路设计还能扩展到在电路中包括多种接口和特性，想必这一定会引起数字和系统设计者的兴趣。

作者：Ray Baker

Email: rbaker@psemi.com

Peregrine半导体公司