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采用二極管設計:敏感元件的保護

已有 209 次閱讀 21-7-14 09:54 AM |關鍵詞:ive 工程

敏感型低噪聲放大器(LNA)在雷達或無線電接收器中,當輸入信號較大時,必然會損壞。那么,有什么解決辦法呢?

接收器保護裝置限幅器(RpL)電路可用於保護敏感元件。RpL的核心電路一般由pIN二極管組成,保護元件免受大輸入信號的幹擾,且不影響小信號的運行。

無需外部控制信號,RpL電路運行。該電路包括至少一個pIN二極管與一個或多個與信號通路並聯的無源元件,如RF扼流圈電感和DC隔離電容。下面是一個簡單的RpL電路(但可能是完整的)。

在無RF輸入信號或僅有RF小信號的情況下,限制器pIN二極管的阻抗特性將達到最大值,一般為數百歐姆以上。由此,二極管的阻抗失配很小,相應地,插入損耗也會降低。

當輸入信號較大時,射頻電壓迫使電荷載流子(p層空穴和N層電子)進入pIN二極管的I層。到達I層後,自由電荷載流子降低射頻電阻。在射頻電路中,這就導致了阻抗不匹配。

失配導致輸入信號的能量被反射到相應的信號源。由於反射信號在傳輸線上暫時呈現最低阻抗,因此在pIN二極管中,反射信號與入射信號配合,產生電壓最小的駐波。傳輸線上的每個最小電壓都有相應的最大電流。pIN二極管的最大電流引起二極管I層自由電荷載流子量的增加,減小串聯電阻,增加阻抗失配,減小最小電壓。最終,二極管的電阻會降到最低,這取決於pIN二極管的設計和RF信號的幅度。增加射頻信號的幅度,可促使二極管充分導通,從而進一步降低二極管的電阻,直至二極管飽和,ive 工程

在不再出現RF信號時,如果I層內的自由電荷流子數量很大,二極管的電阻將保持在低(插入損耗仍然較大)。斷線後,可通過兩種機制來減少自由電荷量:(1)在I層外傳傳輸負荷;(2)在I層內重組電荷。

其傳導幅度主要取決於二極管外部電流路徑上的DC電阻。

電荷重合的速度取決於許多因素,包括I層中自由電荷流子的密度、電荷流子在I層中的摻雜原子的濃度等。在二極管參數要求的情況下,pIN二極管能夠安全處理的RF信號越大,恢複到低損耗所需的時間也越長。

因此,pIN二極管I層的特性決定了RpL電路的性能。一層厚度(有時稱為寬度)決定了二極管達到極限時的輸入功率:一層越厚,輸入參照1dB壓縮級別(也稱為閾值級別)越高。二極管的厚度、二極管結的面積和制造材料決定了二極管的電阻、電容和熱阻。

只需一個pIN二極管、一個RF扼流圈電感器和一對DC隔離電容,就可以實現最簡單的pINRpL電路。射頻扼流圈電感器對於射頻電路的性能至關重要,其主要功能是使pIN二極管的DC電流通路完整。當大信號迫使電荷載流子進入二極管的一層時,二極管中會產生DC電流。如果不為DC電流提供完整的路徑,二極管的電阻無法降低,二極管也無法達到極限。DC電流會沿著整流方向流動,但這不是整流產生的。

在RpL電路中安裝扼流圈電感是一件極具挑戰性的事情,因為電感是RpL電路中最不理想的部件。由於電感值和寄生繞組之間的電容,所有電感都具有串聯和並聯諧振。所以一定要非常小心,保證工作頻帶內沒有串聯諧振。另外,為了縮短RpL電路的恢複時間,必須盡量將扼流圈的DC電阻降到最低。

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