运算放大器：驱动PIN二极管替代方案

驱动器电路

还有专用开关驱动器集成电路(IC)。这些IC十分紧凑，提供TTL接口，并具有良好的性能，但灵活性有限，而且往往很昂贵。

还有一种开关驱动器架构应当考虑，即采用运算放大器。运算放大器开关驱动器的明显优势在于其自身的灵活性，可以轻松地对其进行配置，以适应不同的应用、电源电压和条件，为设计人员提供丰富的设计选项。

运算放大器PIN二极管驱动器

运算放大器电路是一种很有吸引力的PIN二极管驱动备选方案。除灵活性外，这种电路常常还能以接近或超过1000V/μs的跃迁速度工作。下面将介绍3种不同的RF PIN二极管放大器驱动电路。所选放大器虽然在根本特征上各不相同，但都能执行类似的功能。这些放大器电路可以驱动硅或砷化镓(GaAs)PIN二极管，但各有各的特点。

AD8037-钳位放大器

该电路能以最高10MHz的频率工作，具有出色的开关性能，总传播延迟为15ns。通过改变增益或钳位电压，可以调整输出电压和电流，以适应不同的应用。钳位放大器AD8037原本设计用于驱动ADC，可提供钳位输出以保护ADC输入不发生过驱。图7所示配置用一对AD8037（U2和U3）驱动PIN二极管。

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