发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高精度低插损超宽带数字衰减器及其补偿方法，可以对数控衰减器的不同频率下的衰减性能进行补偿，同时对衰减器的附加相移量、输入输出回波损耗、线性度等性能影响较小，并且减小了芯片面积。

数字衰减器主要有三种结构拓扑：T型、桥-T型和Pi型，根据不同衰减器的指标要求选择合适的衰减拓扑结构，实现设计指标。

高频电路中系统的寄生参数在电路性能中有明显体现，在数字衰减器中，电容电阻之间的寄生和MOS管的寄生电容电阻都会对衰减量有影响，超宽带数字衰减器中，不同频率处的这些影响也不同，导致工作频带内衰减器的高频特性和低频特性有较大波动，带内平坦度较差，这种影响在衰减量比较大的衰减位体现更明显，因此在Pi型衰减结构中，提出幅度补偿电路，即在衰减网络中采用并联电容的方式补偿，由于频率变化导致的衰减精度变化，进而实现工作频带内衰减精度带内平坦度较好。

Pi型衰减结构中，高频时MOS管的寄生电容和寄生电阻会引入较大损耗，导致衰减器在高频部分衰减量较大。因此该补偿电路采用并联电容的方式减小高频部分相对影响，提高带内平坦度。

Pi型衰减结构的等效电路。由该等效电路可知其Z矩阵如下：

（4.1）

根据Z矩阵与散射参量S参数的定义可以得到S参数与Z矩阵的关系表达式如下：

（3.16）

（3.17）

（3.18）

（3.19）

设衰减器的衰减量为X，则为满足该衰减量并且根据Z矩阵与S参数的关系我们可以求出衰减量的表达式如下：

（4.2）

由表达式可以看出，当并联电容后，根据电容的容抗表达式 ,则的总阻值为,因此当频率f增大时，衰减网络的支路总阻值减小，衰减器的衰减量增加，进而提高衰减器的带内平坦度。在电容取值上，需要考虑到并联电容对衰减量整体的影响以及引入的附加相移，因此需要根据衰减网络中的值进行合理选取，一般电容的容抗值应为阻值的8~10倍。

以4dB衰减位为例，传统Pi型衰减器和增加幅度补偿电路的Pi型衰减器的4dB衰减位衰减精度的带内平坦度对比图中，可以明显看出带幅度补偿电路的Pi型衰减结构设计的4dB衰减器高频时绝对衰减量更大，进而使相对衰减量在8~12GHz工作频带内波动较小，补偿电路的提出可以显著提高衰减器的带内平坦度，整个工作频带内衰减精度变化较小。

小位补偿电路，在8dB、16dB衰减位设计过程中，由于Pi型衰减结构中寄生参数较多，其插入损耗和附加相移性能在较大衰减量的衰减位设计中影响较大，而且采用幅度补偿和相位补偿电路后效果不明显，因此本发明的数字衰减器中8dB衰减位采用两个4dB Pi型衰减结构级联的结构实现，但如果采用4个Pi型衰减结构级联的方式实现16dB衰减量会导致芯片面积过大。因此提出小位补偿电路设计16dB衰减位。

一种高精度低插损超宽带数字衰减器的补偿方法，其特征是采用Pi型衰减结构实现16dB衰减量中较大衰减部分，保证带内平坦度和附加相移性能，所述的Pi型衰减结构电路中接入补偿电容，利用电容的幅频特性对不同频率点的衰减性能实现补偿，根据不同频段不同衰减要求改变电容参数，采用T型衰减器实现较小衰减量进行补偿，增加小位补偿电路，即将T型衰减结构简化设计放在Pi型衰减结构和T型衰减结构中起到匹配电路以及补偿电路的功能,既可以补偿衰减量，同时实现良好的端口匹配性能。

因为T型衰减结构连续级联会导致衰减器芯片面积过大，因此提出简化T型衰减结构，即将T型衰减结构简化设计放在Pi型衰减结构和T型衰减结构中起到匹配电路以及补偿电路的功能。

一种高精度低插损超宽带数字衰减器，其特征是包括一个由T型数字衰减器组成的输入单元、一个由简化T型数字衰减器组成的小位补偿电路以及一个由Pi型数字衰减器组成的幅度补偿电路组成的输出单元依次连接构成，所述的输入单元的输出端与Pi型数字衰减器组成的幅度补偿电路的输入端相连，连接处接入一个由简化T型数字衰减器组成的小位补偿电路，所述的幅度补偿电路的衰减电路中接入补偿电容，利用电容的幅频特性对不同频率点的衰减性能实现补偿，根据不同频段不同衰减要求改变电容参数。

所述的小位补偿电路由MOS管构成的可控开关电路构成。

所述的补偿电容跨接在所述的Pi型数字衰减器组成的幅度补偿电路的输入端和输出端之间。

本发明既满足了匹配要求又可以实现16dB衰减位较好的衰减性能，而且简化T型衰减结构可以减小芯片尺寸。该补偿电路的提出对实现更大衰减量的设计提供了更好的思路，可以极大程度提高较大衰减量的衰减位插入损耗、衰减精度等性能。