PIN二极管驱动器及运算放大器应用

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的独特输入箝位特性，可以实现极其干净和精确的箝位。它可以线性放大输入信号，最高可达增益乘以正负箝位电压(VCH和VCL)。当增益为4且箝位电压为±0.75 V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±0.75 V，则输出电压箝位在最大值±3 V。这一箝位特性使得过驱恢复非常快(典型值小于2 ns)。箝位电压(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±1.2 V，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，以确保输出会进入箝位状态(4 × 0.75 V)。因此，硅PIN二极管驱动器的输出电平设为±3 V。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 ns至11 ns，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 V至3.5 V)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1.75 V;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50 ，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 = 51.55 ，与之最接近的标准1%电阻值为51.1 。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Thévenin阻抗和端接电阻纳入增益设置电阻R2。有关详情，请参阅应用笔记AN-1026。

(5)

图8中，R2约比R1大20 ，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(25 )。将R4设为1.02 k(最接近1.025 k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，如公式6所示。

(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 V至–1.8 V(具体取决于电源电压和负载)。该器件十分鲁棒，可以真正为其它电路提供最高50 mA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(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或其它逻辑。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–1.5V至+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