基于运算放大器的PIN驱动器电路

　　将开关驱动器控制电路与PIN二极管相连，以便通过施加正向或反向偏置来开关二极管，是一项具有挑战性的工作。偏置电路通常使用一个低通滤波器，它位于RF电路与开关驱动器之间。图5显示了一个单刀双掷(SPDT) RF开关及其偏置电路。当设置妥当时，滤波器L1/C2和L3/C4允许将控制信号施加于PIN二极管D1–D4，控制信号与RF信号（从RF IN切换至PORT 1或PORT 2）的相互影响极少。这些元件允许频率相对较低的控制信号通过PIN二极管，但会阻止高频信号逃离RF信号路径。不正常的RF能量损耗意味着开关的插入损耗过高。电容C1、C3和C5阻止施加于二极管的直流偏置侵入RF信号路径中的电路。直流接地回路中的电感L2允许直流和低频开关驱动器信号轻松通过，但对于RF和微波频率则会呈现高阻抗，从而降低RF信号损耗。

图5. 典型单刀双掷(SPDT) RF开关电路

　　偏置电路、RF电路和开关驱动器电路全都会发生交互，影响彼此的性能，因此像所有设计一样，权衡考虑各种因素十分重要。例如，较大的C2和C4 (>20 pF)对RF性能有利，但对驱动器则是麻烦，因为大电容会导致上升沿和下降沿较慢。快速开关对大多数应用都有利；因此，为了实现最佳驱动器性能，电容必须极小，但为了满足RF电路要求，电容又必须足够大。

　　传统PIN二极管驱动器

　　PIN二极管驱动器有各种形状和尺寸。图6给出了一个可提供高开关速度的典型分立开关驱动器的原理图。这种驱动器既可以采用“片线”（混合）结构来实现，也可以采用“表贴”(SMT)器件来实现；前者非常昂贵，后者虽不昂贵，但需要的印刷电路板(PCB)面积多于混合结构。

图6. 分立开关驱动器电路

　　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1000 V/μs的跃迁速度工作。下面将介绍三种不同的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 — 箝位放大器

　　该电路能以最高10 MHz的频率工作，具有出色的开关性能，总传播延迟为15 ns。通过改变增益或箝位电压，可以调整输出电压和电流，以适应不同的应用。

　　箝位放大器AD8037原本设计用于驱动ADC，可提供箝位输出以保护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±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AD81374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：