基于運(yùn)算放大器的PIN驅(qū)動(dòng)器電路

　　圖8中，R2約比R1大20 Ω，以補(bǔ)償源電阻RS與端接電阻RT的并聯(lián)組合所引入的額外電阻(25 Ω)。將R4設(shè)為1.02 kΩ（最接近1.025 kΩ的標(biāo)準(zhǔn)電阻值），以確保兩個(gè)電阻比相等，避免引入共模誤差。輸出電平轉(zhuǎn)換很容易利用AD8137的VOCM引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，該引腳設(shè)置直流輸出共模電平。本例中，VOCM引腳接地，以提供關(guān)于地的對(duì)稱輸出擺幅。

　　電阻R5和R6設(shè)置穩(wěn)態(tài)PIN二極管電流，如公式6所示。

　　電容C5和C6設(shè)置尖峰電流，該電流有助于注入和移除PIN二極管中存儲(chǔ)的電荷?？梢愿鶕?jù)特定二極管負(fù)載要求，調(diào)整這些電容的值，實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。尖峰電流可以由公式7計(jì)算。

　　ADA4858-3 — 內(nèi)置電荷泵的三通道運(yùn)算放大器

　　許多應(yīng)用只提供一個(gè)電源，這常常令電路設(shè)計(jì)人員感到為難，尤其是當(dāng)需要在PIN電路中提供低關(guān)斷電容時(shí)。這種情況下，硅或GaAs PIN二極管驅(qū)動(dòng)電路可以使用片上集成電荷泵的運(yùn)算放大器，而不需要外部負(fù)電源；其好處是可以顯著節(jié)省空間、功耗和預(yù)算。

　　高速電流反饋型三通道放大器ADA4858-3就是這樣一種器件，它具有出色的特性，片上集成電荷泵，輸出擺幅可以達(dá)到地電壓以下–3 V至–1.8 V（具體取決于電源電壓和負(fù)載）。該器件十分魯棒，可以真正為其它電路提供最高50 mA的負(fù)電源電流。

　　ADA4858-3為單電源系統(tǒng)中的互補(bǔ)PIN二極管微波開關(guān)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題提供了一種獨(dú)特的解決方案?；仡檲D4，從中可以看出：即使很少量的反向偏置也有助于降低二極管電容CT，具體取決于PIN二極管的類型。此類驅(qū)動(dòng)器對(duì)GaAs PIN二極管很有利，因?yàn)檫@種二極管通常不需要很大的負(fù)偏置就能使關(guān)斷電容(CT)保持較小的值（圖9）。

圖9. GaAs CT電容與電壓的關(guān)系

　　圖10所示電路用ADA4858-3作為PIN二極管驅(qū)動(dòng)器。可以在輸入端增加一個(gè)緩沖門，使該電路兼容TTL或其它邏輯。對(duì)此電路的要求是將TTL 0V至3.5V輸入信號(hào)擺幅轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)–1.5V至+3.5V擺幅，用于驅(qū)動(dòng)PIN二極管。

圖10. ADA4858-3用作PIN二極管驅(qū)動(dòng)器

　　R1、R2、R3和U1C形成該電路的–1.5V基準(zhǔn)電壓，內(nèi)部負(fù)電壓CPO由片內(nèi)電荷泵產(chǎn)生。電容C3和C4是電荷泵工作所必需的。負(fù)基準(zhǔn)電壓隨后通過(guò)分壓器（R5和R9）與VTTL輸入以無(wú)源方式合并。所產(chǎn)生的電壓(VRD)出現(xiàn)在U1B的同相輸入端。U1B輸出電壓可以利用公式8計(jì)算。

　　負(fù)基準(zhǔn)電壓也被饋送至放大器U1A，在其中與TTL輸入合并，所得輸出電壓V2可以利用公式10計(jì)算。

　　這些放大器采用電流反饋架構(gòu)，因此必需注意反饋電阻的選擇，反饋電阻對(duì)于放大器的穩(wěn)定性和頻率響應(yīng)有著重要作用。對(duì)于本應(yīng)用，反饋電阻設(shè)為294 Ω，這是數(shù)據(jù)手冊(cè)所推薦的值。輸出電壓V1和V2分別可以用公式8和公式10表示。輸出尖峰電流量可以利用公式3和電容C5、C6上的電壓確定。設(shè)置PIN二極管導(dǎo)通電阻的穩(wěn)態(tài)電流由R11與R12上的電壓差確定，并取決于PIN二極管曲線和系統(tǒng)要求。

　　對(duì)于本應(yīng)用，RF開關(guān)負(fù)載為MASW210B-1硅PIN二極管單刀雙擲（SPDT）開關(guān)，用于微波下變頻器的前端（圖11）。

圖11. 下變頻器功能框圖

　　開關(guān)輸出波形和TTL輸入信號(hào)如圖12所示。請(qǐng)注意，上升沿和下降沿非常陡峭。由于開關(guān)的開關(guān)時(shí)間要求相對(duì)較慢（約為50 ns），因此本應(yīng)用沒(méi)有使用尖峰電容C5和C6。設(shè)置穩(wěn)態(tài)二極管電流的電阻R11和R12均為330 Ω。

圖12. 顯示RF開關(guān)速度的波形

圖13. 下變頻器的頻譜響應(yīng)

　　圖13顯示了下變頻器前端的頻譜響應(yīng)；開關(guān)SW1位于固定位置，以消除插入損耗。請(qǐng)注意，圖中不存在諧波或邊帶，充分表明沒(méi)有明顯的100 kHz開關(guān)偽像從ADA4858-3片內(nèi)電荷泵散出，這是在此類應(yīng)用中使用這些器件的重要考慮因素。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　如以上三例所示，運(yùn)算放大器可以創(chuàng)造性地用作傳統(tǒng)放大器的替代方案，其性能與PIN二極管專用驅(qū)動(dòng)IC相當(dāng)。此外，運(yùn)算放大器可以提供增益調(diào)整和輸入控制功能，而且當(dāng)使用內(nèi)置電荷泵的運(yùn)算放大器時(shí)，無(wú)需負(fù)電源，這就提高了PIN二極管的驅(qū)動(dòng)器和其它電路的設(shè)計(jì)靈活性。運(yùn)算放大器易于使用和配置，可以相對(duì)輕松地解決復(fù)雜問(wèn)題。