程控步進(jìn)衰減器在通信測(cè)試設(shè)備上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

趙李華　李淵

摘要：程控衰減器的信號(hào)調(diào)節(jié)和電平控制功能可廣泛應(yīng)用于通信測(cè)試設(shè)備中，而利用HMC472LP4E單片集成衰減器設(shè)計(jì)的一款寬帶程控步進(jìn)衰減器，更具有較大的動(dòng)態(tài)衰減范圍、優(yōu)良的衰減精度等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：程控步進(jìn)衰減器；HMC472LP4E；微帶傳輸線

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)試設(shè)備提出了較高的要求，測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用也在不斷地向小型化、低功耗、高可靠性方向發(fā)展。微波通信測(cè)試系統(tǒng)需要精確的調(diào)節(jié)功率電平，因此程控步進(jìn)衰減器就成了應(yīng)用的必需。而單片集成電路（MMIC）具有體積小、穩(wěn)定性好、抗干擾強(qiáng)、產(chǎn)品性能一致性好和批量成本低等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)備研制中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。該文主要論述了以HMC472LP4E為核心衰減器，實(shí)現(xiàn)DC-3GHz工作頻率、63dB衰減范圍、1dB步進(jìn)的程控衰減器。

1 HMC472的框圖及原理

如圖1所示，HMC472是一款GaAs MMIC數(shù)控衰減器，其主要特性如下：

1）0.5dB LSB步進(jìn)到31.5dB

2）每位單獨(dú)控制

3）TTL/CMOS兼容控制

4）±0.25dB的典型階躍誤差

5）單電源+5V供電

6）24腳陶瓷4×4㎜ SMT封裝

7）最大插入損耗2.3dB@3GHz

2 衰減器的設(shè)計(jì)

為了滿足設(shè)計(jì)需求，如圖2所示，我們把兩片HMC472LP4E進(jìn)行級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，這樣保證了63dB的大動(dòng)態(tài)范圍，理論插入損耗為4.6dB@3GHz。

因?yàn)镠MC472的封裝小，其引腳在芯片下面，且又不是標(biāo)準(zhǔn)的BGA封裝，很容易造成短路，所以必須保證良好的PCB設(shè)計(jì)，并考慮微帶傳輸線效應(yīng)。

由于實(shí)現(xiàn)寬帶電路匹配是比較困難的，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量減小誤差，利用HITTITE公司提供的S參數(shù)，結(jié)合仿真軟件Si9000，對(duì)電路進(jìn)行了微帶傳輸線匹配設(shè)計(jì)，如圖3所示，在Zo=50Ω左右輸入和輸出特性阻抗下，其微帶線寬度為W1=1.5㎜，W2=1.45㎜，板材介電常數(shù)Er1=4.2，板厚為H1=0.8㎜，銅箔厚度T1=0.0787㎜，在兩級(jí)衰減器輸入輸出之間采用1000pF串聯(lián)電容進(jìn)行隔直處理，在控制管腳近端布置330pF的浮地電容來(lái)保證低頻段的性能。

電源質(zhì)量直接決定了性能的優(yōu)劣，為此，設(shè)計(jì)時(shí)在電源輸入端布置濾波去耦電容，同時(shí)要保證電源線足夠的寬度，以減少傳導(dǎo)電阻的影響。

在PCB設(shè)計(jì)中，如圖4所示，整版采用大面積鋪地銅箔，以保證信號(hào)的屏蔽和隔離。

3 電路制作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照上述設(shè)計(jì)和要求，制作了電路板并進(jìn)行了貼片焊接和電路調(diào)試。

由于HMC472LP4E的微型封裝，給焊接造成不便，必須使用機(jī)器貼裝，才能保證產(chǎn)品性能的可靠和一致性。

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，如表1所示，整個(gè)衰減器衰減指標(biāo)表明結(jié)果與理論仿真結(jié)果基本一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)應(yīng)用在通信測(cè)試設(shè)備的程控衰減器部分，作為自動(dòng)控制測(cè)試系統(tǒng)的重要組成，對(duì)準(zhǔn)確測(cè)量電路的電平指標(biāo)、防止電路過載等起到重要作用。該設(shè)計(jì)提高了測(cè)試效率，在不中斷電路的情況下，實(shí)現(xiàn)了多狀態(tài)電路的自動(dòng)化測(cè)試。在設(shè)計(jì)中，寬頻帶的高衰減精度是一個(gè)難點(diǎn)，通過選擇合適的衰減器芯片，利用仿真軟件進(jìn)行電磁驗(yàn)證和制作，使得設(shè)計(jì)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合一致，達(dá)到了設(shè)計(jì)應(yīng)用的目的。

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