基于运算放大器驱动PIN二极管替代方案

　　图7 AD8037 PIN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的独特输入钳位特性，可以实现极其干净和精确的钳位。它可以线性放大输入信号，最高可达增益乘以正负钳位电压（VCH和VCL）。当增益为4且钳位电压为±0.75V时，如果输入电压小于±0.75 V，则输出电压等于输入电压的4倍；如果输入电压大于±0.75V，则输出电压钳位在最大值±3V。这一钳位特性使得过驱恢复非常快（典型值小于2ns）。钳位电压（VCH和VCL）由分压器R2、R3、R7和R8确定。
　　数字接口由74F86 XOR逻辑门（U1）实现，它提供U2和U3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±1.2V，然后通过R10和R12馈送给U2和U3。
　　U2和U3的±1.2-V输入提供60%过驱，以确保输出会进入钳位状态（4×0.75V）。因此，硅PIN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C13设置PIN二极管的尖峰电流。
　　AD8137—差分放大器
　　差分放大器（本例所用的AD8137）可以低成本提供出色的高速开关性能，并使设计人员能够十分灵活地驱动各种类型的RF负载。有各种各样的差分放大器可供使用，包括速度更快、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。其典型开关时间为7～11ns，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。
　　图8所示电路将单端TTL输入（0～3.5V）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，在AD8137输出端产生所需的±3.5V摆幅。TTL信号的中点（或共模电压）为1.75V；必须将同样的电压施加于R2，作为参考电压VREF，以免在放大器输出端引入共模失调误差。最好从一个低源阻抗驱动此点；任何串联阻抗都会增加到R1上，从而影响放大器增益。

　　

　　图8 PIN二极管驱动器原理图

　　输出电压增益可由公式4计算：
　　
（4）
　　为正确端接脉冲发生器的输入阻抗，使之为50Ω，需要确定差分放大器电路的输入阻抗。这可以利用公式5计算，得出RT=51.55Ω，与之最接近的标准1%电阻值为51.1Ω。对于对称的输出摆幅，两个输入网络的阻抗必须相同。这意味着，反相输入阻抗必须将信号源的阻抗和端接电阻纳入增益设置电阻R2。
　　
（5）
　　图8中，R2约比R1大20Ω，以补偿源电阻RS与端接电阻RT的并联组合所引入的额外电阻（25Ω）。将R4设为1.02kΩ（最接近1.025kΩ的标准电阻值），以确保两个电阻比相等，避免引入共模误差。
　　输出电平转换很容易利用AD8137的VOCM引脚来实现，该引脚设置直流输出共模电平。本例中，VOCM引脚接地，以提供关于地的对称输出摆幅。
　　电阻R5和R6设置稳态PIN二极管电流见公式6。
　　
（6）
　　电容C5和C6设置尖峰电流，该电流有助于注入和移除PIN二极管中存储的电荷。可以根据特定二极管负载要求，调整这些电容的值，实现性能优化。尖峰电流可以由公式7计算。
　　
（7）
　　ADA4858-3—内置电荷泵的三通道运算放大器
　　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，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空间、功耗和预算。
　　高速电流反馈型三通道放大器ADA4858-3就是这样一种器件，它具有出色的特性，片上集成电荷泵，输出摆幅可以达到地电压以下3～1.8V（具体取决于电源电压和负载）。该器件鲁棒性很好，可以真正为其他电路提供最高50mA的负电源电流。
　　ADA4858-3为单电源系统中的互补PIN二极管微波开关驱动问题提供了一种独特的解决方案。回顾图4，从中可以看出：即使很少量的反向偏置也有助于降低二极管电容CT，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（CT）保持较小的值（见图9）。

　　

　　图9 GaAs CT电容与电压的关系

　　图10所示电路用ADA4858-3作为PIN二极管驱动器。可以在输入端增加一个缓冲门，使该电路兼容TTL或其他逻辑。对此电路的要求是将TTL 0V至3.5V输入信号摆幅转换为互补–1.5～+3.5V摆幅，用于驱动PIN二极管。

　　

　　图10 ADA4858-3用作PIN二极管驱动器R1、R2、R3和U1C形成该电路的–1.5V基准电压，内部负电压CPO由片内电荷泵产生。电容C3和C4是电荷泵工作所必需的。负基准电压随后通过分压器