摘要：RF衰減是無線設(shè)計(jì)中的常見電路，本應(yīng)用筆記詳細(xì)描述了幾種采用PIN二極管和電流源DAC控制RF衰減的方法。

PIN二極管通常作為TV調(diào)諧器中的RF信號(hào)以及固定通信設(shè)備中寬帶RF的可變衰減器。這類二極管可以作為分立器件安裝在電路板上，或集成到混合GaAs模塊。在高頻段，PIN二極管的正向電阻隨著流過結(jié)電流增加而減小(圖1)。


圖1. 典型PIN二極管電阻與正向電流的關(guān)系

PIN二極管衰減器可采用串聯(lián)或并聯(lián)配置結(jié)構(gòu)。串聯(lián)衰減器(圖2a)通常需要二極管的電流為10mA至20mA。其衰減量為：

20log(1 + RPIN / 2Z0)(單位dB)

對(duì)于并聯(lián)衰減器(圖2b)，要求的偏置電流通常為2mA至3mA。并聯(lián)衰減器的衰減量為：

20log(1 + Z0 / 2RPIN)(單位dB)


圖2. RF信號(hào)通過串聯(lián)(a)或并聯(lián)(b)配置的PIN二極管衰減

系統(tǒng)控制器可通過調(diào)整二極管的電流改變衰減量。

有些系統(tǒng)可能需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償(圖3)，簡(jiǎn)化電路中，數(shù)字電位器IC建立固定或可調(diào)偏置電平，熱敏電阻提供溫度輸入。這兩個(gè)輸入連接到運(yùn)算放大器，產(chǎn)生的輸出通過一個(gè)電阻驅(qū)動(dòng)PIN二極管。


圖3. PIN二極管簡(jiǎn)化偏置電路

上述電路的實(shí)現(xiàn)并非電路圖那么簡(jiǎn)單。熱敏電阻的響應(yīng)必須和PIN二極管匹配，同時(shí)偏置電流的變化將改變PIN二極管的正向直流電壓，進(jìn)而引起偏置電流的非線性。還可以采用電壓輸出DAC替代熱敏電阻和數(shù)字電位器，對(duì)電路進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，但這一方法無法消除二極管正向電壓的影響。更理想的辦法是采用電流源DAC (理想方案參考附錄)。

圖4電路還包括正交匹配并聯(lián)衰減器和一對(duì)由DAC輸出驅(qū)動(dòng)的匹配PIN二極管。環(huán)境溫度通過連接到主機(jī)微控制器的模擬或數(shù)字傳感器進(jìn)行測(cè)量，其中主機(jī)微控制器通過查找表(LUT)或算法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。期望的衰減通過LUT或算法對(duì)DAC進(jìn)行設(shè)置，從而給出了所需的PIN電流。PIN二極管的電流僅通過DAC設(shè)置，與二極管的正向電壓以及線路中的其它任何直流阻抗無關(guān)。


圖4. RF衰減器受電流輸出DAC (MAX5548或MAX5550)驅(qū)動(dòng)，通過根據(jù)主機(jī)處理器的校準(zhǔn)信號(hào)調(diào)整輸出電流，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

輸出濾波器

對(duì)于帶有RF隔離電感和電容(用于消除不需要的直流成分)的電路，在超過100nH的串聯(lián)電感以及10nF的對(duì)地電容的情況下，輸出仍然能夠保持穩(wěn)定。電流輸出相對(duì)電壓輸出有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，如果壓降在DAC輸出電壓范圍以內(nèi)，則濾波器所引入的串聯(lián)電阻不會(huì)影響到精度。

附錄—DAC范例

MAX5548/MAX5550是一款內(nèi)置電流源輸出的雙通道8/10位DAC，電壓范圍可達(dá)4V，輸出電流可達(dá)30mA。兩路輸出均可源出高達(dá)30mA的電流，并且可以并聯(lián)用于高達(dá)60mA的大電流電路。該系列器件可工作在+2.7V至+5.25V的單電源電壓下，正常工作模式下每DAC通常消耗1.5mA的電源電流，而在關(guān)斷模式下則低于1µA。關(guān)斷模式下，輸出漏電流最大僅為±1µA。

為了保證高精度和低噪聲性能，每個(gè)IC均帶有+1.25V的帶隙基準(zhǔn)以及一個(gè)控制放大器。還可以選擇連接外部基準(zhǔn)(REFIN)，以提高增益精度。器件兼容I²C以及SPI串行接口，可通過引腳選擇。SPI模式下，器件可以連接成菊鏈方式，從而節(jié)省處理器I/O引腳；而對(duì)于I²C接口，則提供四路引腳可選擇的地址。軟件以及各路輸出所對(duì)應(yīng)的外部電阻確定可編程輸出電流的最大值。