電流源DAC配合PIN二極管，提供RF衰減及溫度補償

摘要：RF衰減是無線設計中的常見電路，本應用筆記詳細描述了幾種采用PIN二極管和電流源DAC控制RF衰減的方法。

PIN二極管通常作為TV調諧器中的RF信號以及固定通信設備中寬帶RF的可變衰減器。這類二極管可以作為分立器件安裝在電路板上，或集成到混合GaAs模塊。在高頻段，PIN二極管的正向電阻隨著流過結電流增加而減小(圖1)。


圖1. 典型PIN二極管電阻與正向電流的關系

PIN二極管衰減器可采用串聯(lián)或并聯(lián)配置結構。串聯(lián)衰減器(圖2a)通常需要二極管的電流為10mA至20mA。其衰減量為：

20log(1 + RPIN / 2Z0)(單位dB)

對于并聯(lián)衰減器(圖2b)，要求的偏置電流通常為2mA至3mA。并聯(lián)衰減器的衰減量為：

20log(1 + Z0 / 2RPIN)(單位dB)


圖2. RF信號通過串聯(lián)(a)或并聯(lián)(b)配置的PIN二極管衰減

系統(tǒng)控制器可通過調整二極管的電流改變衰減量。

有些系統(tǒng)可能需要進行溫度補償(圖3)，簡化電路中，數(shù)字電位器IC建立固定或可調偏置電平，熱敏電阻提供溫度輸入。這兩個輸入連接到運算放大器，產生的輸出通過一個電阻驅動PIN二極管。


圖3. PIN二極管簡化偏置電路

上述電路的實現(xiàn)并非電路圖那么簡單。熱敏電阻的響應必須和PIN二極管匹配，同時偏置電流的變化將改變PIN二極管的正向直流電壓，進而引起偏置電流的非線性。還可以采用電壓輸出DAC替代熱敏電阻和數(shù)字電位器，對電路進行數(shù)字補償，但這一方法無法消除二極管正向電壓的影響。更理想的辦法是采用電流源DAC (理想方案參考附錄)。

圖4電路還包括正交匹配并聯(lián)衰減器和一對由DAC輸出驅動的匹配PIN二極管。環(huán)境溫度通過連接到主機微控制器的模擬或數(shù)字傳感器進行測量，其中主機微控制器通過查找表(LUT)或算法進行溫度補償。期望的衰減通過LUT或算法對DAC進行設置，從而給出了所需的PIN電流。PIN二極管的電流僅通過DAC設置，與二極管的正向電壓以及線路中的其它任何直流阻抗無關。


圖4. RF衰減器受電流輸出DAC (MAX5548或MAX5550)驅動，通過根據(jù)主機處理器的校準信號調整輸出電流，從而進行溫度補償。