论述如何降低肖特基论述如何降低肖特基PIN限幅器损耗限幅器损耗
限幅器通过允许低于特定水平的射频信号通过,并大幅度衰减超过阀值的较大信号来避免过载,最简单的限幅
器电路包含一个PIN二级管以及作为直流返回路径的并联电感,也就是所谓的自偏压限幅器,但这个作法的阀值
比许多低噪声放大器的过载限制更高,在基本PIN限幅二级管上并联肖特基二级管,也就是肖特基强化PIN限幅
器可以降低限制阀值约10dB,主要原因是肖特基二级管较低的导通电压。
由于限幅器必须安排在接收器增益电路的前端才有效,因此它的小信号插入损耗会对整体噪声系数造成相同dB单位的增加,
插入损耗主要来自于二级管寄生电容对传输线造成的负载,在过去,微波限幅器使用裸二级管芯片制造,但现代大量生产的限
幅器二级管则使用会大幅度增加电容的塑料封装,另外,肖特基强化PIN限幅器中的额外二级管也会带来比仅PIN二级管限幅
器更大的损耗。
如何降低肖特基PIN限幅器损耗
图1:肖特基强化PIN限幅器的常见电路安排和它的小信号等效电路。
去除限幅器二级管电容问题的急迫性可以由许多被提出的解决方案中看出,二级管堆栈可以降低电容,但却带来了较高的导通
阀值[12],尽管使用平顶结构来移除部分PIN结区可以降低寄生电容,但却大幅度增加了二级管的转换热阻[13],另一方面,
肖特基二级管可以通过高阻抗1/4波长传输线[14]或指向性耦合器[15-16]来由射频路径隔离,不过这些无源器件会增加成本和
体积。电容性负载可以通过连接二级管到较低阻抗(12.5Ω)的节点降低,但却需要降压和升压变压器[17]。为了降低这类限幅
器的高频损耗而不需要付出前述方案的代价,我们研究了结合二级管寄生电容到低通梯型滤波器的创新配置,尽管使用二级管
的寄生特性来降低损耗已经在自偏压PIN限幅器中提到[18-19],但从未出现在肖特基强化PIN限幅器上,本篇文章将介绍肖特
基强化PIN限幅器的低损耗配置,并通过实验结果来确认它的更好性能。
材料和方法
为了快速制造新的配置,我们使用了原有二级管产品线的低成本SOT-323封装器件,PIN二级管拥有1.5μm的I层厚度,约1pF
的零偏置电容以及适合新配置的双阳极封装形式[20],请参考图2。这个肖特基二级管拥有1mA时250mV的载子幅度,以及约
0.8pF的零偏置电容[21],二级管跨接导线和引脚的寄生电感分别为0.7nH和0.4nH,限幅器使用包含50Ω共平面波导接地
(CPWG)传输线,中间具有间隙的30mil厚FR4 印刷电路板实现,如图3。PIN二级管采阳极引脚跨越间隙的方式安装,肖特基
二级管则如同常见限幅器一般连接到传输线的输出端,双阳极PIN二级管、肖特基二级管以及带间隙线的组合带来一个近似于
低通梯型滤波器的小信号等效电路。
为了进行性能比较,我们在相同电路板上安排一个组合到连续传输线的传统PIN肖特基限幅器,两个限幅器采用完全相同的二
级管器件,基于两个二级管在传统限幅器配置中采并联形式,因此它的小信号等效电路可由一个1.8pF的电容代表。
如何降低肖特基PIN限幅器损耗
图2:PIN二级管內部图,其中芯片上的阳极接点通过跨接导线连接到兩个引脚。