IN射頻開關與IN限幅器

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形《銷售經理捏學院》瓦56套講座自+143添50南份奮資料奸《銷售人員墨培訓學院》略72套講座眼+487昌9齊份伍資料1PIN射頻開關1.1工作原理PIN二極管是一個在射頻和微波頻段受偏置電流控制的可變阻抗器．它的結構有三層，在硅半導體二極管的P結和N結中間夾著高阻值的本征I層。在正向電流偏置下，空穴和電子被注入到I層。這些電荷不會立刻相互抵消而消失。而是會存在一定的時間．這個時間定義為載流子壽命，這樣，就會產生并存儲一定的電荷量，這些電荷使得I層的有阻抗降低到R。當PIN管處于零偏或反偏的時候，在I層不會存儲電荷，這樣二極管就表現(xiàn)為一個電容CT并聯(lián)一個電阻R．也就是利用了PIN二極管在不同偏置電流下，存儲在I層的電荷量的不同從而表現(xiàn)出高或低的阻抗值。PIN二極管主要參數R正向偏置狀態(tài)下的串聯(lián)電阻C零或反偏狀態(tài)下的電容警R零或反偏廈狀態(tài)下的并鬼聯(lián)電阻珠V最大允許伙的反偏直流損電壓載流子壽命宮P最大平均矩功耗搬1.義2PI己N二極管的攻射頻等效電破路甚PIN等效策電路斃在等效電路原中，L為寄磁生電感，一飽般小于1n驗H，在射頻或（300K隱Hz-30菊GHz）情蒼況下其阻抗埋很小，可忽猛略。正向偏碼置時，阻抗?jié)h主要由R決肝定，但R亦含很小，所以乞在串聯(lián)電路爸中起導通作版用，也就是懂開關的顫“處開鄭”拉。反向偏置吳時，電阻R銀和偏置電流妄成正比，與要頻率成反比廳，其阻值遠皮大于電容C結阻抗，因此舊阻抗主要由溫C決定，而咽C阻抗很大改，因此在射嫁頻電路中起誤到斷開作用麥，也就是于“僵關緊”戀。叫粒PIN開關饒的主要性能貼指標律帶寬:不僅吉開關的最高含工作頻率會居受到限制苗，逃最低工作頻汁率也會受到列限制陽，脊如況PIN防管就不能控倘制直流或低辱頻信號的通臟斷疲。叔受管子截止?jié)深l率的影響剃,開關還有援一個上限工陸作頻率中。要求開關協(xié)的頻帶盡量彎寬，因為信依號源的頻帶上越來越寬。咸插入損耗和雅隔離度：先插濁入衰減定義逼為信號源產驅生的最大資篇用功率罷P扶與開關導通噸時負載獲得獄的實際功率尺P惱之比，即樸P/勝理P堂。若開關在蛇關斷時負載礎上的實際功寧率為抱P嫂，該則表示隔離峰度，寫成分祝貝的形式。定根據網絡散潑射參量的定嶼義，有甲。將理想開關面，吐在斷開時衰匆減無限大亞，促導通時衰減養(yǎng)為零頑，時一般只能要忌求兩者比值單盡量大休。旋由于錢PIN遇管的阻抗不按能減小到零繳，灑也不能增大勺至無限大足，暴所以實際的娘開關在斷開莫時衰減不是癥無限大的，沉導通時也不鎮(zhèn)是零環(huán)，售一般只能要斯求兩者的比禾值應盡量大唯，動開關的導通棗衰減稱插入牌損耗仇，鎮(zhèn)斷開時的衰什減稱為隔離古度軌，謊插入損耗和皺隔離度是衡的量開關質量泛優(yōu)劣的基本蒼指標嘩。秧目標是設計鎖低插入損耗廊和高隔離的抱開關拐。璃功率容量：講所謂開關的草功率容量是督指它能承受諒的最大微波健功率。屈PIN爛二極管的功泥率容量主要鋤受到以下兩竊方面的限制逐，管子導通冬時所允許的饞最大功耗；仰管子截止時脹所能承受的臟最大反向電繭壓，也就是之反向擊穿電臟壓。如果開汁關工作的時湯候超過了這貴些限制，前妖者會導致管扮內溫升過高槳而燒毀；后升者會導致配I和區(qū)雪崩擊穿子。像它由開關開宣、較關狀態(tài)下允稅許的微波信六號功率的較怕小者決定。頸大功率下的的非線性效應謝(玻IIP3孕)眠也是開關的冊承受功率的盟一個主要因伐素圣，秒特別是在移應動通信基站價中。芬驅動器的要吧求例：梁PIN狗管開關和居FET賤開關的驅動段電路是不同撇的底，擺前者需要提滿供電流偏置幕，步后者則要求捐有偏壓們，揉驅動器好壞返是影響開關蹦速度的主要論因素之一貸。陶開關速度納：雞指開關開通眨和關斷的快部慢窄，北在快速器件腿中是一個很壽重要的指標育。分可愈以列出狼I尼區(qū)中的電流蠢方程如下屋：。新開關速度提釋高到泊ns嗚量級殺，關通常采用攀I字層很薄的棚PI捷N賽管帥，執(zhí)因為薄狀I防層中貯存的演載流子數量日很少信，瀉開關時間大勒大縮短梅，這步種情況下開核關時間基本辱取決于載流識子渡越塘I州層的時間無，封而與載流子鉆壽命無關庫。提高開關沙速度也可搖選用載流子輪壽命短的管熟子，增大控視制電流的脈似沖幅度，但竄后者受到錢PIN電管最大功率籍和反向擊穿士電壓的限制銀。升電壓駐波比床(士VSWR杜)術：蛛任何在高頻腿信號通道上蟲的元器件不輸僅會產生插靈入損耗萌，蟲也會導致信轟號傳輸線上斑的駐波的增閉加父?；v波是由傳干送電磁波與尤反射波干涉串而形成的臘，緊這種干涉經妻常是系統(tǒng)中葬不同部分的劫阻抗不匹配基或者是系統(tǒng)投中連接點的芹阻抗不匹配鋤造成的它。且開關比：一滋個洽PIN鴉管，在不考禽慮封裝寄生貞參量時，其份正向狀態(tài)可虧用正向電阻晌R爹1矩表示，反向奔狀態(tài)可以用制反向串聯(lián)電獨阻絨R扔2欺和蹲I傾層容抗建jXc析，串聯(lián)表示宴。由于醫(yī)>>側R2倡，，故反向份狀態(tài)可近似揚以置jXc雖表示，我們牙稱正反兩種歡狀態(tài)下阻抗紀的比值委Xc遺／正R止1替為開關比，殼用以衡量拘PIN馳開關的優(yōu)劣哭。如要使開產關比增大，指則C和R2雙必須比較小獄，可以看出掠，當頻率提矮高時，開關驢性能降低。蛙1.4薪尤PIN二極碑管開關電路駕結構斥及分析笛用串聯(lián)或者支并聯(lián)的方式織，可以簡單盈的分為單刀昨單擲開關（梯SPST）挪和單刀雙擲取開關（SP栗DT）。串妄聯(lián)方式主要強用于寬頻，棚較小插入損饞耗的應用中列；并聯(lián)主要打用于寬頻范偏圍較大隔離池度的應用中傷。蝦練單刀單擲開恐關鞠單刀單擲開敏關富網單刀雙或擲開關真單刀雙擲開券關詞對并聯(lián)型S蔽PDT，如命果二極管歡D1挑處于正向狀拍態(tài)，二極管覺D茫2歲處于反向狀炒態(tài)，則通道賓1閣被短路，因詠而無功率通割過，而通道叉2種由于處于開娃路狀態(tài)而不燃影響功率的乒通過。由于堡D1喘接在離分支賢點／庫4粉處，在拘D1凈短路時，反岔映到分支點鋪為開路，因摩此不影響功寄率對通道蹦2助的傳輸。哨買多管陣弦列開關間當頻率升高澤時，串聯(lián)或貨并聯(lián)一只機PIN做管的開關，輩其性能指標怒將惡化，因稱此，可采用質多個二極管訂級聯(lián)，以提圖高開關性能佛。多管陣列吉型開關是在題均勻傳輸線蕉上等間隔的佛并聯(lián)急(哨或串聯(lián)辱)框若干個丑PIN片管而構成，干根據微波網有絡理論可對隙陣列型開關組進行分析商。者單管開關級透聯(lián)就可做成聯(lián)陣列式開關帖，因此陣列情式開關的分廚析可歸結為杏級聯(lián)網業(yè)絡分析，可妹用傳遞矩陣畜相乘的方法凱求出陣列開憤關的衰減特字性。彼采用多管串肆聯(lián)的電路形求式，可加大晃該通道開關鄉(xiāng)的功率容量吐：而采用多乳管并聯(lián)的形訴式，則可提葵高該通道開染關的隔離度裁。蛇對于多管開露關，隔離度籮高，頻帶寬絹是其優(yōu)點，確缺點是管子流數多，插損跨大，調試困完難。采施遼S波段梳狀擴線濾波器型蝦PIN開關干梳狀濾波器盲的結構示意勁圖齊這是由梳狀伐濾波器和端PIN躁管結合而形況成的哈SPST安開關，由于濟此種開關中點的攀PIN頸管的結電容校被納入濾波猛器的諧振元軟中，呀PIN蔬管的寄生參枕數獲得了合憤理的利用，筋從而大大提精高了開關的躍性能。提因此它具有隱較寬的帶寬翅、損耗小、蛋隔離度高、悠結構緊湊、移體積小、重撐量輕的特點越。書如叛果用護PIN白管的乖C勾代替圖絞l摔中的集中電宋容哪C5笛就可能形成怪微波柔PIN莖開關。當請PIN果管施加反向翅偏壓時，曬PIN浪開關處于通騎過狀態(tài)，這挎時輸入的微杜波信號以確敢定的損耗通杠過洞PIN沫開關，此時誦有：踐C+C=C敞。其中琴C嗓為炮PIN什管的結電容尸，C詳為管殼電容袖。當紐PIN迫管施加正向途偏壓時，根躍據其轉換特無性，這時梳焦狀濾波器的引各個諧振器綢完全變成一李個個失諧結穩(wěn)構。它們對庫輸入的微波罵信號具有完猶全截止的特賢性。淺1.5蹤管芯類型位參數及摻雜昨給MA-C宗OM公司的辛產品期M/A-C社OMTe砍chnol企ogyS惕oluti或onso辟ffers三aco料mpreh揮ensiv玉e訴乎line川oflo她wcap搶acita命nce,染plana貌rand盒mesa碌,sil六icon乳PIN況塵diode擦chip普swhi砌chus去ecer串amic筋glass塵and熊silic妙onni構tride歉懂passi怎vatio彩ntec比hnolo沉gy.T略heSi冬licon萌PIN留Chip奸serie裕sof杯銳devic輔esco您vera節(jié)broa隙dspe僻ctrum增ofp奶erfor桿mance駛寬requi星remen供tsfo尋rcon蛇trol淘circu列itap檢plica段tions歉.The奔yare千酸avail主able圓inse揉veral探choi箏ceso向fI-r透egion患leng喉thsa柳ndha好ve悟葬been攀optim醋ally愧desig型nedt步omin排imize騾para鼠metri破ctra苦deof鎖fs贊閥when皂consi陳derin棗glow三capa尿citan洋ce,l耐owse貴ries甜resis開tance授,鬧忙andh暑ighb各reakd拔ownv吹oltag鋪es.T冰heir眾small蘇size川and政low水便paras更itics罩,mak眨ethe店man答ideal爹choi柏cefo四rbro土adban鎮(zhèn)d,hi雁gh不鳳frequ住ency,質micr就o-str口iphy工brid飾assem暗blies瘦.王Notes旁:鹿1.No驚minal訊carr安ierl頭ifet班ime,T窩L今,spe努cifie具dat認I墓F食=+1奇0mA,逢I嘗REV禿=-6瞇mA.塊2.No匙minal把reve庫rser失ecove筋ryti蹄mesp楊ecifi拜edat壘I去F恩=+2知0mA,旦I料REV技=-2其00mA.霧3.V遙R艙(Rev僑erse細Volta掙ge)給isso犁urced辦and繞ther束esult畫antr延evers晃elea貞kage唱curre連nt,I束r,is追meas蒜ured根tobe摧<10μ療A.衛(wèi)2廚PIN限幅耕器史2.1艙工作原理剪購創(chuàng)PIN張二極管偏置羽于吹0V購，當高功率刺射頻信號通短過時，在至pin傳二極管中會施形成這樣一辛種現(xiàn)象：在染射頻信號的脾正半周內，旗微波大電流菜使載流子在垮p傘-槽和琴n+栽的邊界注入流，但當射頻碎電壓反向時諸，并非所有針注入的載流慰子全部退回標，而有一部俱分進入推I晝區(qū)，經過幾楚個周期后，煩在味I界區(qū)形成穩(wěn)態(tài)冠分布，從而渣使鍬I兆區(qū)由高阻變偉為低阻，射敵頻信號達到貼較高衰減，本只允許一小元部分稱之為仇“魚平頂泄露鴨”撥的射頻功率晴通過溫(逆即限幅主)蔽；而在達到娘穩(wěn)態(tài)之前，釘pin搶管對射頻信碧號的衰減很土小，這部分報稱為佳“河尖峰泄漏邀”就。嗓pin偽管的這種射防頻電導率調誓制現(xiàn)象可用鑼于微波限幅榆器的制作，債并有利于制提作耐功率較搶大的微波限覺幅器。電路結構罰為提高限幅停器的功率容隙量，可以通微過級聯(lián)提高幼，如圖鍬2賴所示，通過痛限幅器二極憂管的級聯(lián)和檢并聯(lián)可以極帖大提高限幅烏器的功率容偶量。圖仙2(a)畝中的，單級跨電路圖可以瀉通過圖懸2(b)耳的電路形式龍?zhí)岣呦薹鞯实墓β矢綦x假度，通過圖滿2(c)杏的形式，提貓高限幅器的蹈功率容量。窄為了提高限盤幅器的功率追容量，可增刮加級聯(lián)和并沖聯(lián)的限幅器腳二極管數量壟。通過耦合忠輸入信號進杰行檢波，檢走波信號對限屢幅二極管施眉加正電壓，勾能有效提高廳限幅器的功濫率容量。零圖率3幕所示，電路難圖是兩級限且幅器，通過嘩級數的增加嶺可以提高限評幅器的隔離資度。第一級困限幅器由耦漂合檢波器和燕限幅器共同貞構成，當脈頃沖或連續(xù)波溜信號通過時饞，耦合檢波遺器產生一個閱正的檢波電刪壓加到第一甘級限幅器的哄限幅二極管皂的正端，降瞇低限幅二極俱管妖R裁，燃(遇二極管正向精電阻壯)邪加大對高功趁率微波信號兩的反射，降莊低施加到限脹幅二極管的遍受功率。性能參數證為保護電路蓮不受損傷且藥保障系統(tǒng)在脹低功率電平害下對信號影載響最小，限疾幅器應當具欲有以下特性若：梁(1)搜當信號電平無幅度低于限氣制門限的信歷號提供非常料低的插入損居耗；終(2)涼當信號電平洋幅度超過限辰制門限的信棍號提供非常跟高的損耗；狼(3)府擁有非?？祛伒捻憫獣r間續(xù)，在高功率膠信號到達后營幾納秒內提儉供保護。印2.4管芯堆類型及摻雜起3宏觀探電熱特性及比微觀材料特泊性京在各類微波獅pin二極令管電路應用冊中，二極管籠電阻的溫度御特性強烈地兼影響著微波駝電路的溫度孔性能。pi節(jié)n二極管溫符度效應的研汗究包括對遷楚移率和載流況子壽命的溫鄭度特性的理律論分析和實息驗研究。羅進行調研之穩(wěn)后，發(fā)現(xiàn)已叔有的研究和依文獻劍針對幾種不趴同結構和鈍助化材料的p因in二極管榮，對其溫度腎性能進行了躁研究，包括否I區(qū)域載流招子壽命與溫秤度的關系、增遷移率與溫巴度的關系以建及電阻與溫源度的關系，慢研究表明：撒pin二極卻管電阻的溫漠度性能主要促依賴于二極杠管結電容的蠢大小。慣圖1表明，棒pin二極自管的電阻可異以隨載流子糞壽命的增加般而增加，也垮可以是減少泥或保持不變緒，當m=2爺時，pin囑二極管的電踩阻不隨溫度掠變化。影響惑載流子壽命濟因子m值的損因素很多，錦包括：二極徒管幾何結構微(I區(qū)域的日寬度、結直攝徑、結形狀橫等)、表面你鈍化材料的皆電學性質，浙以及本征層盡的載流子濃麻度等。這些柱因素中，由博于pin二亞極管的工區(qū)撓域的載流子徑濃度一般不研高于10c結m，當外延郊材料雜質濃陵度穩(wěn)定且缺興陷很少時，喘外延材料參注數對載流子堂壽命因子的危影響可以忽津略。需要重靈點研究的是吧二極管幾何蜜結構、表面戴鈍化材料對作壽命因子m城值的影響。茄圖2歸一未化電阻與溫略度關系福傳殼圖3歉PIN二極耳管隔離度與之溫度關系曲授線豈勝研究結果表傘明，微波p置in二極管聾的電阻的溫晃度性能微觀簡上受載流子遺壽命、電子塘遷移率、表讀面狀態(tài)等諸眼多因素的影脈響，其綜合剩結果表現(xiàn)為劃二極管電容畜值對二極管屋的電阻的影言響最大，微斤波pin二稀極管的鈍化改方式和幾何悉結構對其電沸阻的溫度性決能影響不大峽。結電容為息0．1~1俯．0pF舊的微波二極貍管即使鈍化誠方式不同，悅其電阻都具職有正的溫度綿系數，溫度馬的升高導致會二極管電阻陰的增加，約咱為線性關系陸。結電容越藥小，則m值釣越接近于2訓，電阻隨溫叉度的變化越典?。环粗?，垂變化越大。龜隸逃研究結果可照以用來預計秤pin二極死管開關的隔筆離度、衰減需器衰減量的惑溫度性能，答通過溫度補夾償設計，制接作出溫度性到能優(yōu)良的p糠in二極管啞微波電路。勾4絲HPM瘡效應軌以莖pn計結是否因溫續(xù)度升高而功莫能失效柱,龍將顫HPM鉆效應分成兩任大類仔,誼即非失效效房應和失效效雪應。干擾、的翻轉、擾亂陸沒有造成半舟導體升溫或血造成的升溫濫對哲pn趁結的性能影途響甚微怒,錢稱為非失效列效應降級和虎損壞導致半弓導體高