驱动PIN二极管:运算放大器方案.pdf

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PIN 二极管在重掺杂的 P 区和 N 区之间夹有一层轻掺杂的本征区 (I),此类二极管广泛用于射频与微波领域。常见应用是要求高隔离度
+5v 图8所示电路将单端TTL输入(0V至3.5V)转换为互补 ±3.5V信号,同时可使传播延迟最小。TTL信号放大4倍, R10 4.02k 1009 在AD8137输出端产生所需的±3.5V摆幅。TTL信号的中点 F86 01F (或共模电压)为1.75V;必须将同样的电压施加于R2,作 LIN U1 几 13k ADBc60。为参考电压V,以免在放大器输出端引入共模失调误差 0.1F 最好从一个低源阻抗驱动此点;任何串联阻抗都会增加到R 402kn13k 上,从而影响放大器增益 4.02kΩ R1127492 909 CH +5V 501k9 GENERAT①R AD813 TO PIN 100g2 c13 DIODES 0.1F AD8037 2809 c20.1F 4.2k 22F中{1 OVCH=+0.75v OVCL =-075V 22pF 50鱼L 1.02k 4.02k R132749 VREF =1.75V 90.9g *CB AND C11 MAY BE REDUCED OR ELIMINATED IF U2 AND U3 ARE LOCATED 图8.PN二极管驱动器原理图 CLOSE TO EACH OTHER 输出电压增益可由公式4计算: 图7.AD8037PIN二极管驱动器电路 本例中,U2和U3采用同相配置,增益为4。利用AD8037的 GR。R3R 独特输入箝位特性,可以实现极其干净和精确的箝位。它可以 RR R 线性放大输入信号,最高可达增益乘以正负箝位电压(VCH 和ⅤCL)。当增益为4且箝位屯压为±075时,如果输入为正确端接脉冲发生器的输入阻抗,使之为50g,需要确定 电压小于±0.75V,则输出电压等于输入电压的4倍;如果输差分放大器电路的输入阻抗。这可以利用公式5计算,得出 入电压大于±075V,则输出电压箝位在最大值±3V。这一R=51.55g,与之最接近的标准1%电阻值为511g。对丁 箝位特性使得过驱恢复非常快(典型值小于2ns)。箝位电压对称的输出摆幅,两个输入网络的阻抗必须相同。这意味着 (VCH和VCL)由分压器R2、R3、R7和R8确定。 反相输入阻抗必须将信号源的 Thevenin阻抗和端接电阻纳入 数字接口由74F86XOR逻辑门(U)实现,它提供U2和U3增益设置电阻R2。有关详情,请参阅应用笔记AN-1026 所用的驱动信号,两路互补输出之间的传播延迟偏斜极小。电 阻网络R4、R5、R6和R9将TTL输出电平转换为大约±1.2 V,然后通过R10和R12馈送给U2和U3 R R。 U2和U3的±1.V输入提供60%过驱,以确保输出会进入 2x(R。+Rn) 箝位状态(4×0.75V)。因此,硅PN二极管驱动器的输出电 平设为±3V。电阻R16和R17限制稳态电流。电容C12和图8中,R2约比R1大2092,以补偿源电阻RS与端接电阻 C13设置PN二极管的尖峰电流。 R的并联组合所引入的额外电阻(259)。将R1设为1.02kQ (最接近1.025kg的标准电阻值),以确保两个电阻比相 AD8137—差分放大器 等,避免引入共模误差。 差分放大器(本例所用的AD8137)可以低成本提供出色的高输出电平转换很容易利用AD8137的Ⅴo引脚来实现,该引 速开关性能,并使设计人员能够十分灵活地驱动各种类型的脚设置直流输出共模电平。本例中,Vocw引脚接地,以提供 RF负载。有各种各样的差分放大器可供使用,包括速度更关于地的对称输出摆幅。 快、性能更高的一些器件。 高速差分放大器AD8137通常用于驱动ADC,但也可以用作 低成本、低功耗PIN二极管驱动器。其典型开关时问为7ns 至1lns,其中包括驱动器和RF负载的传播延迟。它提供互 补输出,功能多样,可以替代昂贵的传统驱动器 Analog Dialogue 44-02, February(2010) 电阻R5和R6设置稳态PIN二极管电流,如公式6所示。 2949 R4 C5 ON V RD 12 电容C5和C6设置尖峰电流,该电流有助于注入和移除PIN 293 二极管中存储的电荷。可以根据特定二极管负载要求,调整这 2109 OUr 些电容的值,实现性能优化。尖峰电流可以由公式7计算 R6 R10 21092 294g2 9779 0.1pF 127 R2 4199 CPO ADA48583一内置电荷泵的三通道运算放大器 CPO EPAD CHARGE PUMP 许多应用只提供一个电源,这常常令电路设计人员感到为难 HoCPO a C1 b 尤其是当需要在PIN电路中提供低关断电容时。这种情况 下,硅或 GaAS PIN二极管驱动电路可以使用片上集成电荷泵 4.7pF4.7μF 的运算放大器,而不需要外部负电源;其好处是可以显著节省 图10.ADA4858-3用作PIN二极管驱动器 空间、功耗和预算 R1、R2、R3和UC形成该电路的-1.5V基准电压,内部负 高速电流反馈型三通道放大器ADA4858-3°就是这样一种器电压CPO由片内电荷泵产生。电容C3和C4是电荷泵工作所 件,它具有出色的特性,片上集成电荷泵,输出摆幅可以达到必需的。负基准电压随后通过分压器(R5和R9)与Vm输 地电压以下-3V至-1.8V(具体取决于电源压和负载)。入以无源方式合并。所产生的电压(Vg)出现在U1B的同相 该器件十分鲁棒,可以真正为其它电路提供最高50mA的负输入端。U1B输出屯压可以利用公式8计算。 电源电流 ADA4858-3为单电源系统中的互补PIN二极管微波开关驱动 R 问题提供了一种独特的解决方案。回顾图4,从中可以看出 (NOL0d)=|1+Bhm=(24) R 即使很少量的反向偏置也有助于降低二极管电容Cr,具体取 决于PIN二极管的类型。此类驱动器对 GaAs PIN二极管很有其中 利,因为这种二极管通常不需要很大的负偏置就能使关断电容 (C)保持较小的值(图9)。 R5 R9 R5+B9/m+ REF 018 R9+R5 0.16 50a xIo 294 REF 0.14 504 0.12 MA4GP022 负基准电压也被馈送至放大器U1A,在其中与TTL输入合 0.10 并,所得输出电压Ⅴ2可以利用公式10计算。 V2(NO Load)=-1 4-2.3REk MA4GP030 0.04 这些放大器采用电流反馈架构,因此必需注意反馈电阻的选 0.02 择,反馈电阻对于放大器的稳定性和频率响应有着重要作用。 对于本应用,反馈电阻设为294g,这是数据手册所推荐的 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 值。输出电压V1和Ⅴ2分别可以用公式8和公式10表示。输 出尖峰电流量可以利用公式3和电容C5、C6上的电压确定 图9. GaAs ct电容与电压的关系 设置PIN二极管导通电阻的稳态电流由R11与R12上的电压 图10所示电路用ADA48583作为PN二极管驱动器。可以差确定,并取决于PN二极管曲线和系统要求。 在输λ端增加一个缓冲门,使该电路兼容TTL或其它逻辑。对于本应用,RF开关负载为MASW210B-Ⅰ硅PIN二极管单 对此电路的要求是将TTLⅴ至3.5ⅴ输入信号摆幅转换为互刀双掷(SPDT)开关,用于微波下变频器的前端(图11) 补-1.5V至+3.5V摆幅,用于驱动PIN二极管。 Analog Dialogue 44-02, February (2010) SW1 MIXER 结论 0100x 如以上三例所示,运算放大器可以创造性地用作传统放大器的 RF RF 替代方案,其性能与PIN二极管专用驱动IC相当。此外,运 SOURCE 1 SOURCE 2 算放大器可以提供增益调整和输入控制功能,而且当使用内置 电荷泵的运算放大器时,无需负电源,这就提高了PIN二极 管的驱动器和其它电路的设计灵活性。运算放大器易于使用和 配置,可以相对轻松地解决复杂问题。 图11.下变频器功能框图 开关输出波形和TTL输入信号如图12所示。请注意,上升沿 致谢 和下降沿非常陡峭。山于开关的开关时间要求相对较慢(约为开关速度和频谱数据、RF负载以及测试设备由美国新?布 50ns),因此本应用没有使用尖峰电容C5和C6。设置稳态什尔州哈德逊 Sage Laboratories友情提供。首席技术官Tony 二极管电流的电阻R11和R12均为3309 Cappello为测试提供了便利,工程副总裁 David duncan提供 了技术协助。 50mV/DIV 参考文献 Hiller, Gerald. Design with PIN Diodes. M/A-COM Application Note aG312 Understanding RF/Microwave Solid State Switches and Their Applications. Agilent Application Note www.macomtech.com/datasheets/madp-042008Seriespdf www.analog.com/zh/amplifiers-and-comparators/operational amplifiers-op-amps/ ad8037/products/product. html 2V/DIV www.analog.com/diffamp www.analog.com/zh/amplificrs-and-comparators/opcrational amplifiers-op-ampsiad8 137/products/product. html TIME (100ns/DIV) www.analog.com/static/imported-files/applicationnotes/an 1026.pdf. 图12.显示RF开关速度的波形 www.analog.com/zh/audiovideo-products/video REF-10d Bm atten Od B ampsbuffersfilters/ada4858-3/products/product. html. 关于作者 JohnArdizzoni[johnardizzone(@analog.Com]IE ADⅠ公司高速放大器部门资深应用工程师。 他于2002年加入ADI公司。此前,他曾担任 IBM公司的应用工程师和M/A-COM公司的 设计工程师。他于1988年毕业于梅里马克学 院,具有29年以上的电子行业工作经验。 CENTER 100 000MHZ SPAN 500kHz fRES BW 300HZ VBW 300Hz SWEEP 2118s(601PTS 图13.下变频器的频谱响应 图13显示了下变频器前端的频谱响应;开关SW1位于固定位 置,以消除插入损耗。请注意,图中不存在谐波或边带,充分 表明没有明显的100kHz开关伪像从ADA4858-3片内电荷泵 散出,这是在此类应用中使用这些器件的重要考虑因素。 Analog Dialogue 44-02, February(2010)

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