【摘 要】
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随着5G通信的快速发展,相控阵技术以其独特的优势越来越受欢迎。作为相控阵雷达的重要模块,衰减器主要用于调节接收或发射信号的幅度/功率,其研究和设计成为近年来学者们关注的热点。主流的衰减器设计方案分为有源方案和无源方案,各有优缺点:与无源衰减器相比,有源结构通过校准能实现更高的衰减精度,且减小了芯片的面积,但线性度略差且引入了额外的功耗;与有源衰减器相比,无源结构有更高的线性度且没有直流功耗,但相对
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随着5G通信的快速发展,相控阵技术以其独特的优势越来越受欢迎。作为相控阵雷达的重要模块,衰减器主要用于调节接收或发射信号的幅度/功率,其研究和设计成为近年来学者们关注的热点。主流的衰减器设计方案分为有源方案和无源方案,各有优缺点:与无源衰减器相比,有源结构通过校准能实现更高的衰减精度,且减小了芯片的面积,但线性度略差且引入了额外的功耗;与有源衰减器相比,无源结构有更高的线性度且没有直流功耗,但相对的会引入大的插损且占用很大的芯片面积。因此对应用于相控阵系统的衰减器进行研究与设计具有很好的工程背景和应用价值。本论文基于40nm CMOS工艺设计了一种6～18GHz 6bit数控衰减器。该衰减器采用有源衰减器级联无源衰减器的两级结构,第一级为有源结构,使用并联峰化技术实现带宽扩展,使用共源共栅结构,共栅级为8组宽长比乘2递进的MOS管阵列,从256个状态中选择32个状态实现了 0～16dB（5bit）的衰减;第二级为无源结构,由两个桥T型衰减单元组成,使用深N阱体悬浮技术降低了插损,使用并联电容的方式降低了附加相移,一位数字控制不衰减或衰减16dB。论文完成了电路设计、前仿真、版图设计、路场混合仿真,路场混合仿真结果显示,在tt工艺角和25℃温度下,当电源电压为1.2V时,6～18GHz频段内,衰减范围为0～31.5dB,步进为0.5dB,衰减精度RMS值为0.052～0.173dB,附加相移 RMS 值为 0.940～1.973°,插损为 4.36～4.41dB,S11≤-13.87dB,S22≤-13.71dB,IP1dB 为-2.92dBm,版图面积为 0.741mm×0.973 mm,工作电流为 33.12mA。本文设计的衰减器达到了系统的指标要求,可应用于6～18GHz的相控阵系统中。
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