Аттенюаторы Hittite Microwave

В радиоприемных устройствах и в измерительных приборах широко применяются резистивные аттенюаторы – как с фиксированным ослаблением, так с и управляемым аналоговыми и цифровыми методами. Обычно это коаксиальные конструкции на основе Т- и П-образной структуры. Американская компания Hittite Microwave, одна из немногих в мире, выпускает сверхминиатюрные резистивные СВЧ аттенюаторы в виде интегральных микросхем с полосой частот от постоянного тока (DC) до 50 ГГц.

Для построения аттенюаторов с небольшим фиксированным ослаблением до ~10 дБ более удобны T-образные аттенюаторы, у которых диапазон расчетных сопротивлений резисторов меньше, чем у П-образных аттенюаторов. Однако при большем ослаблении сопротивление резистора вертикальной части T-образной структуры становится слишком малым для интегрального исполнения аттенюатора. Однако этот недостаток легко устраняется построением аттенюаторов с двумя T-образными частями.

Аттенюаторы с фиксированным ослаблением

Микросхемы HMC650, HMC651, HMC652, HMC653, HMC654, HMC655, HMC656, HMC657 и HMC658 — это линейные широкополосные аттенюаторы с фиксированным ослаблением, выполненные в сверхминиатюрных корпусах на основе T-образной структуры. Они рассчитаны на работу в условиях согласования со стандартным 50-Омным сопротивлением генератора и нагрузки. Выпускаются с ослаблением 0, 2, 3, 4, 6, 10, 15 и 20 dB. Эти аттенюаторы поставляются в миниатюрных корпусах LP2 или в бескорпусном исполнении в виде чипа – рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид микросхемы HMC650 в бескорпусном исполнении.

В табл. 1 приведены данные о микросхемах аттенюаторов с фиксированным ослаблением. Аттенюаторы с ослаблением 10, 14 и 20 дБ реализованы как двухступенчатые.

Таблица 1. Параметры микросхем – аттенюаторов с фиксированным ослаблением.

Функциональная схема с одиночным T-образным аттенюатором представлена на рис. 2, а функциональная схема двухступенчатого аттенюатора показана на рис. 3.

Рис. 2. Функциональная схема микросхемы одиночного T-образного аттенюатора

Рис. 3. Функциональная схема микросхемы с двумя T-образными аттенюаторами

На рис. 4 показана зависимость ослабления (Attenuation) от частоты (Frequency) в диапазоне от 0 до 50 ГГц для микросхем с малым ослаблением: 2, 3, 4 и 6 дБ. Аналогичные зависимости для микросхем с ослаблением 10, 15 и 20 дБ с двухступенчатым аттенюатором показаны на рис. 5.

Рис. 4. Зависимость ослабления одноступенчатых аттенюаторов от частоты

Рис. 5. Зависимость ослабления двухступенчатых аттенюаторов от частоты

Зависимость обратных потерь (Return Loss) от частоты позволяет точно оценить поведение аттенюаторов. Такие зависимости для микросхем одноступенчатых и двухступенчатых аттенюаторов представлены на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Зависимость обратных потерь одноступенчатых аттенюаторов от частоты

Рис. 7. Зависимость обратных потерь двухступенчатых аттенюаторов от частоты

Включение микросхемы аттенюатора между двумя 50-омными линиями передачи показано на рис. 8.

Рис. 8. Включение микросхемы аттенюатора между двумя 50-омными линиями передачи

Аттенюаторы Hittite с аналоговым управлением

Hittite Microwave выпускает аттенюаторы с аналоговым управлением (Analog VVA). Их ослабление изменяется аналоговым управляющим напряжением. Основные характеристики таких аттенюаторов представлены в табл. 2.

Таблица 2. Параметры аттенюаторов типа Analog VVA.

Внешний вид аттенюатора HMC346ALC3B с регулируемым ослаблением показан на рис. 9.

Рис. 9. Внешний вид микросхемы HMC346ALC3B — аттенюатора с аналоговым управлением

Функциональная схема аттенюатора HMC346ALC3B показана на рис. 10. Микросхема содержит единственный управляемый резистор и реализует П-образную схему аттенюатора. Именно так реализовано большинство аттенюаторов типа Analog VVA.

Рис. 10. Функциональная схема микросхемы HMC346ALC3B

Далее на рис.11 показаны зависимости ослабления от частоты для микросхемы HMC346ALC3B. В основном они имеют вид горизонтальных прямых, но при больших ослаблениях характеристики перестают быть равномерными.

Рис. 11. Зависимости ослабления от частоты для микросхемы HMC346ALC3B

Смонтированная в середине печатной платы микросхема HMC346ALC3B аттенюатора с регулируемым ослаблением (Analog VVA), показана на рис. 12. Сверху создан отрезок микрополосковой линии, подобный отрезкам линий, подключающим микросхему аттенюатора. Этот отрезок используется для оценки ослабления линии без микросхемы аттенюатора, что полезно при калибровке аттенюаторов. Спецификация компонентов платы, изображенной на рис. 12 приведена в таблице 3.

Рис. 12. Печатная плата с микросхемой аттенюатора Analog VVA в центре

Таблица 3. Спецификация компонентов печатной платы (см. рис. 12).

Аттенюаторы с цифровым управлением

Особое место в корпорации Hittite Microwave занимает производство аттенюаторов с цифровым управлением. Их ослабление изменяется цифровым управляющим сигналом. Фирма выпускает свыше трех десятков таких аттенюаторов. Они представляют собой набор аттенюаторов с фиксированным ослаблением, переключаемых с помощью цифровой схемы управления. Разрядность управляющего цифрового сигнала от 1 до 7 бит. Она определяет диапазон изменения ослабления. Например, микросхема HMC424 с 6-битовым цифровым управлением имеет полосу рабочих частот от постоянного тока DC до 13 ГГц, обратные потери 4 дБ и регулировку Gain от 0.5 до 31,5 дБ. Оформление микросхемы бескорпусное (рис. 13), питание -5В.

Рис. 13. Кристалл микросхемы HMC424 (вид сверху)

Микросхема HMC939A-Die отличается наиболее высокими рабочими частотами – от 0,1 до 40 ГГц. Это 5-битовый цифровой аттенюатор, выполненный на основе арсенида галлия (GaAs). Микросхема содержит набор аттенюаторов с ослаблением 1, 2, 4, 8, 16 дБ, переключением которых можно получить ослабление до 31 дБ с разрешением в 1дБ (рис. 14). Кристалл микросхемы имеет размер 2,34x1,00x0,1 мм. Функциональная схема микросхемы представлена на рис. 15.

Рис. 14. Зависимость ослабления от частоты при различных уровнях цифрового сигнала управления

Рис. 15. Функциональная схема HMC939A-Die

На рис. 16 показано включение цифрового аттенюатора — микросхемы HMC939A-Die между двумя микрополосковыми линиями передачи с волновым сопротивлением 50 Ом.

Рис. 16. Включение микросхемы HMC939A-Die между двумя микрополосковыми линиями

Особое место среди аттенюаторов с цифровым управлением занимают 1-битные микросхемы. Это просто коммутируемые аттенюаторы. На рис. 17 показана принципиальная схема коммутируемого аттенюатора с микросхемой HMC802A(HMC802ALP3E). Работа такой схемы вполне очевидна.

Рис. 17. Принципиальная схема включения 1-битового цифрового аттенюатора - микросхемы HMC802A(HMC802ALP3E)

В заключение хочется отметить, что в статье приводятся обзорные данные, более подробные данные, в том числе параметры аттенюаторов производства Hittite Microwave, можно найти в технической документации, размещенной на официальном сайте корпорации.

Список литературы:

1. Официальный сайт корпорации Hittite Microwave.
2. Афонский В. П., Дьяконов В. П. Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике. Под редакций проф. В. П. Дьяконова. М.: ДМК-Пресс, 2011.

Д.т.н., проф. Дьяконов В. П.