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          [导读]在雷达或无线电接收器中敏感型低噪声放大器 (LNA) 在承受较大的输入信号时必定会发生损坏那么有什么解决方案?

          在雷达或无线电接收器中敏感型低噪声放大器 (LNA) 在承受较大的输入信号时必定会发生损坏那么有什么解决方案?

          我?#24378;?#20197;利用接收器保护装置限幅器 (RPL) 电路来保护敏感元件RPL电路的“心脏”通常由PIN二极管组成能够保护元件免受大输入信号的影响同时不会对小信号操作造成不利影响

          RPL电路的运行无需外部控制信号此类电路包含至少一个与信号路径并联的PIN二极管以及一个或多个无源元件例如RF扼?#39749;?#30005;感和直流隔离电容以下是一个简单的(但可能是完整的)RPL电路

           

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          当没有RF输入信号或仅存在有RF小信号?#20445;?#38480;幅器PIN二极管的阻抗特性会达到最大值通常为几百欧姆或以上因此二极管产生非常小的阻?#25925;?#37197;相应地可带来低插入损耗

          当出现大输入信号?#20445;RF电压迫使电荷载流子(P层的空穴和N层的电子)进入PIN二极管的I层进入I层后?#26434;?#30005;荷载流子会降低其RF电阻从RPL电路的RF端口?#23884;?#26469;看这产生了阻?#25925;?#37197;

          这种失配会导致来自输入信号的能量?#29615;?#23556;至对应的信号源反射信号与入射信号配合在PIN二极管产生一个电压最小的驻波因为反射信号在传输线上暂时呈现最低阻抗传输线上的每个最小电压都有一个对应的最大电流最大电流流经PIN二极管导致二极管I层中的?#26434;?#30005;荷载流子量增加从而产生更低串联电阻更大阻?#25925;?#37197;以及“更小”的最小电压最后二极管的电阻将达到最小值——该值取决于PIN二极管的设计和RF信号的幅值RF信号幅值增大?#20445;?#36843;使二极管达到充分导通状态从而进一步降低二极管的电阻直到二极管饱和并产生尽可能的最小电阻由此得到输出功?#35270;?#36755;入功率的对比曲线如下所示

           

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          当RF大信号不再出现如果I层中的?#26434;?#30005;荷载流子量较大二极管的电阻则会保持在较低水平(此时插入损耗仍然较大)在RF大信号中断后可以通过两种机?#35780;?#20943;少?#26434;?#30005;荷载流子量 (1) 在I层外进行电荷传导 (2) 在I层内进行电荷重组

          电荷传导的幅值主要由二极管外部电流通路中的直流电阻决定

          电荷重组的速率则?#21861;?#20010;因素决定包括I层中?#26434;?#30005;荷载流子的密度I层中掺杂原子的浓度和其他电荷俘获点等?#21462;?#32771;虑到二极管的必要?#38382;PIN二极管可安全处理的RF信号越大其?#25351;?#21040;低插入损耗所需的时间就越长

          因此PIN二极管I层的特性决定了RPL电路的?#38405;ܡI层的厚度(有时称为宽度)则决定了二极管达到极限时的输入功率I层越厚输入?#25569;?dB?#39038;?#32423;别(也称为阈?#23548;?#21035;)就越高I层的厚度二极管结的面积和二极管的制造材料决定了二极管的电阻电容以及热阻

          只需一个PIN二极管一个RF扼?#39749;?#30005;感器和一对直流隔离电容即可实现最简单的PIN RPL电路RF扼?#39749;?#30005;感器对RPL电路的?#38405;?#33267;关重要其主要功能是使PIN二极管的直流电流通路变得完整当大信号迫使电荷载流子进入二极管的I层?#20445;?#20250;在二极管中产生直流电流如果没有为直流电流提供完整路径则不能降低二极管的电阻二极管也不会达到极限直流电流将沿着整流电流的?#36739;?#27969;动但这不是?#28903;?#27969;产生的

          在RPL电路中安装扼?#39749;?#30005;感是一件极具挑战性的事因为电感是RPL电路中最不理想的元件基于电感值?#22270;?#29983;绕组间电容的原因所有电感都具有串联和并联谐振因此必须十?#20013;模?#30830;保在工作频带内不发生串联谐振此外必须尽量?#35759;魅?#30340;直流电阻降到最低以缩短RPL电路的?#25351;?#26102;间

          注直流隔离电容?#24378;?#36873;的只有当输入或输出传输线上出现可能使PIN二极管偏置的直流电压或电流?#20445;?#25165;需要使用直流隔离电容

          ?#36947;?/p>

          假设低噪声放大器 (LNA) 可以承受的最大输入功率为15dBm则要求RPL电路中PIN二极管的I层厚度约为2微米设计人员可根据RF信号频率和小信号插入损耗的可接受最大?#36947;?#30830;定PIN二极管的可接受电容如果设计师假设RPL电路在X波段工作并且可接受的最大插入损耗为0.5dB则可以计算出二极管的最大电容

          可根据以下公式得出并联电容的插入损耗 (IL)(以分贝为单位)

           

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          我?#24378;?#26681;据公式求解C值

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          当f = 12GHzIL = 0.5dB且Z0 = 50Ω?#20445;C = 0.185pF

          得出的电容值与I层厚度共同决定了二极管结的面积

          如果I层较薄并?#21307;?#38754;积较小二极管就会具有相对较高的热阻这样一来只好迫使结温超过其最大额定值175°C才能耗散更多能量通常来说电容为0.185pF的2微米二极管可以安全处理约为30-33dBm的大CW输入信号由于电流流经二极管电阻时会产生焦耳热大信号可能会损坏或即时烧毁二极管

          PIN二极管RPL电路能够为雷达或无线电接收器中的LNA等敏感元件提供可靠的保护保护其不受较大入射信号的影响当RPL应用需要极低的稳态泄漏输出功率和较高的输入功率处理能力?#20445;?#21487;以在RPL电路的输入侧增加额外的二极管级和其他电路增强元件

          如果你正在为RPL应用选择最合适的二极管和电路拓扑MACOM应用工程团队在这里随时为你提供帮助和意见

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