14mm2紧凑型+50dBm高IIP3的3级宽带电压可变衰减器模块

圈的有效性，通过R3的射频损耗特别严重，原因是R3远小于4.Zo。为了补偿R3减少的扼流能力，在R3上串接一个铁氧体磁珠电感L1来提高有效阻抗[注10]，采用铁氧体磁珠电感而非传统电感的原因是前者在宽带扼流上较为有效。

 
图4：衰减器模块电路图

共有4个PIN二极管、6个电阻、5个电容器和1个铁氧体磁珠电感被集成到单一3.8mm x 3.8mm大小的VVA模块中，器件以板上多芯片MCOB形式组合到10mil厚的Roger RO4350电路板(Er =3.48, tanδ = 0.004 [注 1])上，通孔连接顶端电路走线和底端的直流和射频器件接点，接着器件面被模塑形成1mm的封装高度。

图5：环氧化物模塑前模块布局和器件的微缩影图

结果和讨论
模块测试以CATV/SATV频带为主，主要是它们为目标市场，图5中的测试安排包含RO4350 PCB上50Ω的微条状走线TL1/TL2，分别连接到受测器件输入和输出的TL1和TL2大约为10.6mm长，尾端于电路板边缘的微条状走线接着通过边缘安装SMA插座J1和J2(Johnson公司142-710-851)转换到同轴电缆。

 
图6：测量安排和测试设置的简化框图

频率响应和衰减范围通过连接测试设置到矢量网络分析仪进行测量，Vc由0.5V到5V连续变化以产生相对于频率的不同衰减值，如图7，此图知名于非常平坦的频率响应。Vc ≥ 1.2V时，0.1到6GHz的衰减变化低于3dB，如果评估频率范围限制在CATV/SATV应用的50到2050MHz，那么振幅的变化低于1dB，不过平坦衰减特性无法在较低控制电压，如Vc ≤1.0V得到维持，原因为串接二极管会在这个低电压关断，射频信号会通过二极管的寄生电容泄漏。由于寄生电容反应与频率成反比，Vc=1.0V时衰减曲线假设受到频率控制，以每8度6dB变化，衰减可能变化的范围在低频时最大，100MHz时高于55 dB ，并随着频率增高而降低，6GHz时约为30dB。

图7：设置中衰减相对于频率为控制电压(Vc)函数

图8显示衰减相对于控制电压Vc的关系，对低于1V的Vc，衰减几乎不会变化，高于1V时，衰减会随着Vc快速改变，直到超过2V时变为平坦。虽然图中显示衰减在2V以上变为稳定，但实际上在2V到5V间还是会有大约2dB的变化，当Vc=5V时，衰减达到大约-4dB的最终值，这个数值在0.3GHz到3GHz时相对稳定，可以明显由图中交叠曲线看出，因此可用的Vc范围为1V到5V，大部分衰减集中发生在1V到2V范围，这是将控制电压由15V降低到5V无法避免的权衡结果。

图8：设置中衰减相对于控制电压为频率函数

输入三阶截点(IIP3)会随着衰减改变，如图9，串接和分流臂的电阻值以相反方向改变，例如在较大衰减时，串接臂的电阻值高而分流二极管的电阻值低，因此较大衰减值下较差的IP3来自于大部分的射频电流被送到输入端分流二极管并反向调变I层，IIP3会随着工作频率提高而改善，例如在1.9GHz时优于900MHz，在40dB的衰减范围内，IP3优于52dBm，作为比较，MESFET PI衰减器的IIP3在相同的衰减范围内会由-2到14dBm变化[注12]，比起这个设计差了约50dB。

图9：900MHz和1.9GHz时设置的三阶截点相对于衰减值

结论
自身完备的PIN二极管PI衰减器已经成功设计并实现，主要的挑战在于维持高线性以及在低控制电压范围工作，使用MCOB结构，所有必须组件被集成到3.8mm x 3.8mm的区域内，为这类型器件的微型化立下了新的标竿，以低成本塑模封装后，模块在增益平坦度和线性度上取得了非常良好的射频性能，包括优于基于MESFET相对等产品最佳IP3达50dB以上，衰减在50到1950MHz的CATV频率范围变化可达45dB，在5MHz到6GHz范围则超过30dB，虽然CATV/SATV系统为原始目标应用，但衰减器的3级带宽可以将它的应用范围扩展到更高带宽应用，如测试仪器和扫描接收器等。

感谢
作者在此感谢M. Sharifa组装原型机，H. K. Lee进行印刷电路板布局设计，R. W. Raugh教导和模拟二极管线性度，S. A. Asrul审查本论文，以及安华高科技管理阶级同意付梓。