開關電路中，每個PIN二極管都有附隨的PIN二極管驅動器或開關驅動器，用來提供受控正向偏置電流、反向偏置電壓以及控制信號（通常是一個數(shù)字邏輯命令）與一個或多個PIN二極管之間的激活接口。根據(jù)應用需要，可以采用分立設計或專門IC實現(xiàn)這種驅動器功能。

另一方面，也可以使用隨處可得的運算放大器以及鉗位放大器、差分放大器等特殊放大器作為備選方案，代替分立PIN二極管驅動電路和昂貴的PIN二極管驅動器IC。此類運算放大器具有寬帶寬、高壓擺率和充裕的穩(wěn)態(tài)電流，可驅動PIN二極管。本文討論3種不同的PIN驅動器電路，它們采用運算放大器或特殊放大器：AD8037、AD8137和ADA4858-3。這些電路設計用于單刀雙擲(SPDT) PIN二極管開關，但也可以對其進行修改，以適合其他電路配置。在詳細說明這些電路之前，本文將先討論PIN二極管的特性和使用。

PIN二極管
PIN二極管用作電流控制電阻，工作在RF和微波頻率，正向偏置（“導通”）時其電阻只有幾分之一歐姆，反向偏置（“截止”）時其電阻高達10kΩ以上。與典型的PN結二極管不同，PIN二極管的P區(qū)與N區(qū)之間多了一層高阻性本征半導體材料（用PIN中的“I”表示），如圖1所示。

圖1 PIN二極管

當PIN二極管正向偏置時，來自P材料的空穴和來自N材料的電子注入I區(qū)。電荷并不能立即完成重新合并；電荷重新合并所需的有限時間量稱為“載流子生命周期”。這導致I區(qū)中存在凈存儲電荷，因而其電阻會降至某一個值，稱為二極管的有效導通電阻RS（見圖2a）。

圖2 PIN二極管等效電路：a) 導通，IBIAS >> 0；b) 截止，VBIAS ≤ 0

當施加反向或零偏置電壓時，二極管呈現(xiàn)為一個大電阻RP，它與電容CT并聯(lián)（見圖2b）。通過改變二極管幾何結構，可以使PIN二極管具有不同的RS和CT組合，以滿足各種電路應用和頻率范圍的需要。

驅動器提供的穩(wěn)態(tài)偏置電流ISS和反向電壓共同決定RS和CT的最終值。圖3和圖4顯示了典型PIN二極管系列——M/A-COM MADP 042XX8-13060系列硅二極管的參數(shù)關系。二極管材料會影響其特性。例如，砷化鎵(GaAs)二極管幾乎不需要反向偏置就能實現(xiàn)低CT值，如圖9所示。

圖3 硅二極管導通電阻與正向電流的關系

圖4 硅二極管電容與反向電壓的關系

PIN二極管中存儲的電荷可以利用公式1進行近似計算。
(1)
其中，QS為存儲的電荷；τ為二極管載流子生命周期；ISS為穩(wěn)態(tài)電流。
要導通或截止二極管，必須注入或移除所存儲的電荷。驅動器的工作就是以極快的速度注入或移除所存儲的電荷。如果開關時間小于二極管的載流子生命周期，則可以利用公式2近似計算實現(xiàn)快速開關所需的峰值電流(IP)。
(2)
其中：t為所需的開關時間；ISS 為驅動器所提供的穩(wěn)態(tài)電流，用來設置PIN二極管導通電阻RS；τ為載流子生命周期。

驅動器注入或移除電流（或“尖峰電流”）i可以表示為公式3。
(3)
其中，C為驅動器輸出電容（或“尖峰電容”）的值；V為輸出電容上的電壓；dv/dt為電容上的電壓的時間變化率。

PIN二極管偏置接口
將開關驅動器控制電路與PIN二極管相連，以便通過施加正向或反向偏置來開關二極管，是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。偏置電路通常使用一個低通濾波器，位于RF電路與開關驅動器之間。圖5顯示了一個單刀雙擲(SPDT)RF開關及其偏置電路。當設置妥當時，濾波器L1/C2和L3/C4允許將控制信號施加于PIN二極管D1–D4，控制信號與RF信號（從RF IN切換至PORT 1或PORT 2）的相互影響極少。這些元件允許頻率相對較低的控制信號通過PIN二極管，但會阻止高頻信號逃離RF信號路徑。不正常的RF能量損耗意味著開關的插入損耗過高。電容C1、C3和C5阻止施加于二極管的直流偏置侵入RF信號路徑中的電路。直流接地回路中的電感L2允許直流和低頻開關驅動器信號輕松通過，但對于RF和微波頻率則會呈現(xiàn)高阻抗，從而降低RF信號損耗。

圖5 典型單刀雙擲(SPDT)RF開關電路

偏置電路、RF電路和開關驅動器電路全都會發(fā)生交互影響彼此的性能，因此像所有設計一樣，權衡考慮各種因素十分重要。例如，較大的C2和C4(>20pF)對RF性能有利，但對驅動器則是麻煩，因為大電容會導致上升沿和下降沿較慢?？焖匍_關對大多數(shù)應用都有利；因此，為了實現(xiàn)最優(yōu)驅動器性能，電容必須極小，但為了滿足RF電路要求，電容又必須足夠大。

傳統(tǒng)PIN二極管驅動器
PIN二極管驅動器有各種形狀和尺寸。圖6給出了一個可提供高開關速度的典型分立開關驅動器的原理圖。這種驅動器既可以采用“片線”（混合）結構來實現(xiàn)，也可以采用“表貼”(SMT)器件來實現(xiàn)；前者非常昂貴，后者雖不昂貴，但需要的印刷電路板(PCB)面積多于混合結構。