一種新型利用pindiodes的4輸入2輸出射頻開關(guān)的設(shè)計(jì)

1 引言

通常RF系統(tǒng)中有許多輸入輸出端口，用多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀分析散射特性價(jià)格昂貴，一般采用開關(guān)對(duì)多輸入多輸出的信號(hào)進(jìn)行切換，然后用比較簡(jiǎn)單的二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行分析測(cè)量。

在核磁共振MR系統(tǒng)中，一般接收系統(tǒng)的通道數(shù)小于天線線圈數(shù)，所以多路線圈也要應(yīng)用開關(guān)進(jìn)行切換選擇。

目前大多采用現(xiàn)成的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)切換功能。但是大多數(shù)的開關(guān)器件可靠性低、易損壞、供電線路復(fù)雜。例如SW-437器件雖然可以完成簡(jiǎn)單的開關(guān)功能，但是它對(duì)防靜電要求非常高，一般的實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間很難達(dá)到器件的要求，所以在實(shí)際應(yīng)用中不方便，容易損壞。本文設(shè)計(jì)了一種新型的應(yīng)用pin diodes的射頻開關(guān)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)4路RF輸入信號(hào)選擇其中任意2路RF信號(hào)輸出功能。

2 電路設(shè)計(jì)

利用直流信號(hào)控制pin diodes二極管的通斷，輸入射頻信號(hào)通過導(dǎo)通的二極管輸出；改變控制邏輯，從而控制輸入射頻信號(hào)的輸出。設(shè)計(jì)步驟如下：

1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)直流控制電路

本電路二極管采用Infineon公司的BA592，導(dǎo)通的最佳性能電流是5 mA。所以滿足二極管的要求在設(shè)計(jì)中加人的控制電壓是10 V，回路電阻R7，R8、R11、R12的大小均為10 kΩ。

2)根據(jù)散射特性的要求設(shè)計(jì)交流信號(hào)電路

電路工作的中心頻率為63.6 MHz，屬于高頻段，因此要保證輸入輸出端口的匹配。即一路射頻信號(hào)輸出的時(shí)候，另外一路信號(hào)應(yīng)該接50 Ω電阻匹配。由于本電路既有直流信號(hào)又有交流信號(hào)，因此把二者分開，使其互不影響非常重要。根據(jù)頻率的要求選用10 nF的耦合電容，交流信號(hào)短路，而直流信號(hào)斷路；而選用18μH的耦合電感，對(duì)于交流信號(hào)斷路，而直流信號(hào)短路。

3)電路基本模塊及其模塊的設(shè)計(jì)之間的連接

圖1和圖2是電路的基本模塊。圖1是2輸入2輸出模塊(2×2)：在CTRL3、CTRL4之間加入10 V的直流電壓，即在CTRL3加10 V電壓，CTRL4加0 V電壓時(shí)，二極管D6、D9導(dǎo)通。這時(shí)候輸入信號(hào)input1通過二極管D9輸出，輸入信號(hào)input2通過二極管D6輸出。當(dāng)控制信號(hào)反向，即在CTRL4加10 V電壓，而CTRL3加0 V電壓時(shí)，二極管D5、D10導(dǎo)通，輸入信號(hào)input1通過二極管D5輸出，輸人信號(hào)input2通過二極管D10輸出。從而達(dá)到兩路輸人信號(hào)同時(shí)輸出，而且可以通過控制信號(hào)的邏輯轉(zhuǎn)換改變輸入信號(hào)輸出方向的目的。