随着电路事情频率的提高，GaAs pHEMT管芯的寄生效应严重影响了压控衰减器的电路事情性能。目前，已有多种方法对其进行改进。文献[2]采取三栅MESFETs减小寄生，提高功率容量。文献[3]在π型衰减构造的技能上，采取带通滤波器技能以肃清FET的寄生影响。文献[4]采取π型衰减构造和T型衰减构造级联的拓扑形式，扩，并联岔路支路采取堆叠构造，提高线性度。文献[5]采取分布式构造以拓展带宽，采取堆叠构造以提高线性度。
本文设计了一款事情在Ku波段的双相压控衰减器。通过采取平衡式衰减器构造，供电电压采取互补形式，实现电路衰减值的双相调节。衰减部分采取T型衰减器和π型衰减器级联拓扑，扩大衰减范围。并联岔路支路采取堆叠构造，提高电路的线性度。
1 压控衰减器基本事理
1.1 GaAs pHEMT等效模型
GaAs pHEMT管芯是单片集成电路设计的根本和核心，理解和节制管芯的电特性机理和模型特点，对单片集成电路设计十分主要。在压控衰减器中，pHEMT管芯作为受栅压掌握的可变电阻，实现电路的可变衰减。
当VDS<<2(VGS-Vth)时，pHEMT监工作在深三极管区，等效电路是R0和C0并联，如图1所示。R0和C0的值取决于管芯子尺寸，且随栅压的变革而变革[5]。在深三极管区，漏极电流ID是VDS的线性函数，源漏之间的沟道可以用一个线性电阻R0表示，其阻值如式(1)[6]：
1.2 压控衰减器电路拓扑
基本的衰减器拓扑有5种，即T型、π型、桥T型、反射式、平衡式。其事情事理是通过掌握pHEMT管栅压来掌握全体电路的等效电阻，从而改变衰减量。
T型衰减器构造大略，面积小，但两端的输入、输出回波损耗大；π型衰减器构造衰减范围大，端口匹配好；桥T型衰减器是T型构造的一种衍生构造，易匹配[7]；反射式衰减器构造输入、输出回波损耗小，但受管芯寄生参数的影响，衰减范围有限，且性能不好；平衡式衰减器构造采取互补电压掌握，可以肃清最大衰减处的纹波，扩大衰减范围[8]。
2 电路设计
本文设计的双相压控衰减器采取平衡构造。个中，3 dB正交耦合器采取Lange耦合器实现，衰减部分采取T型衰减器和π型衰减器级联拓扑。
T型π型级联衰减构造如图3所示。掌握电压VG1和VG2的电压变革范围为-1.5 V~+1.5 V。引入R1、R2、R3、R4、R5、R6可以减小最大衰减对掌握电压的敏感度[10]。并联岔路支路利用双栅pHEMT管，等效为两个尺寸相同的单栅pHEMT管串联，但电路更为紧凑、寄生小[11]。并联岔路支路利用两个双栅pHEMT管串联，可以提升全体电路的功率容量[5]。
3 版图设计与电磁仿真结果
3.1 版图设计
在电路版图设计过程中，为了减小芯片面积，降落本钱，在知足电路性能和设计规则的条件下，对Lange耦合器进行弯折，使整体电路布局合理。图4为双相压控衰减器版图。芯片尺寸为1.8 mm×1.2 mm。
3.2 电磁仿真结果
本设计采取0.25 μm GaAs pHEMT工艺，版图电磁(Electromagnetic simulation EM)仿真基于ADS2013仿真软件平台的Momentum仿真工具进行仿真。
图5给出了各个掌握电压下电路插入损耗随频率的变革曲线。从图5中可以看出，最小插损为-12.5 dB，全体事情频带内衰减平坦度为±0.1 dB；最大衰减为-31.5 dB，全体事情频带内衰减平坦度为±0.9 dB；衰减范围达到20 dB以上。
图6给出了电路在13 GHz处传输系数S21的幅度和相位随掌握电压的变革曲线。从图6中可以看出，当-1.5<VG1<0时，S21>0；当0<VG1<1.5时，S21<0，可以实现双相衰减。
图7仿真条件是在13 GHz处，插入损耗为-12 dB时的仿真结果，Pout曲线为射频输出端口的输出功率曲线，Line线为赞助线。随着输入功率的增大，输出功率增大，当输入功率为30.5 dBm时，插损增大1 dB，则本设计的1 dB压缩点最大为30.5 dBm。
4 结论
本文运用0.25 μm GaAs pHEMT工艺设计了一款13～16 GHz频带的双相压控衰减器。由版图仿真结果可知，输入、输出回波损耗小,插入损耗为-12.5 dB,衰减范围达到20 dB以上，输入1 dB压缩点大于30 dBm，功率容量大，线性度好。本文设计可为国产化双相压控衰减器芯片设计供应参考。
参考文献
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作者信息:
原怡菲，张 博
（西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安
