限幅器的分類(lèi) PIN管限幅器工作原理、作用及一般指標(biāo)

限幅器，顧名思義，就是起限幅的作用。一般用在接收機(jī)的前端，保護(hù)接收機(jī)。這樣，即使接收端有大功率信號(hào)，也不會(huì)造成接收機(jī)的損壞。

但是，要注意的是，限幅器是通過(guò)反射功率來(lái)達(dá)到限幅的作用，所以使用過(guò)程中，要保證被反射的功率不會(huì)對(duì)損壞源端。

作為一個(gè)合格的限幅器，它需要滿(mǎn)足下面特性：

(1)小信號(hào)輸入時(shí)，插損小

(2)大信號(hào)輸入時(shí)，插損大

(3)限幅速度快，需達(dá)到ns級(jí)

(4)大信號(hào)消失后，快速恢復(fù)到低插損

分類(lèi)

限幅器有集成芯片，也可以用分立PIN管搭建。

》集成芯片

優(yōu)點(diǎn)：

(1)使用起來(lái)簡(jiǎn)單，只要會(huì)用就行，不需知道其的具體實(shí)現(xiàn)方式

(2)指標(biāo)性能在器件手冊(cè)上已標(biāo)明，性能有保證

缺點(diǎn):

(1)貴

(2)體積相對(duì)較大，有的還需供電

比如說(shuō)，Peregrine半導(dǎo)體的PE45140，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間為1ns等

》PIN二極管

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 尺寸小，無(wú)源器件

(2) 便宜

缺點(diǎn)：

(1) 非傻瓜式設(shè)計(jì)，需了解其實(shí)現(xiàn)原理

(2) 設(shè)計(jì)完成后，需仔細(xì)測(cè)試，驗(yàn)證其性能

PIN管限幅器

》PIN管限幅器基本電路

(1)由PIN管和電感組成，都并聯(lián)在通路上

(2)電感提供直流回路

(3)放大器的饋電電感選擇原則一致，使其并聯(lián)于通路時(shí)，不會(huì)影響帶內(nèi)性能

當(dāng)PIN二極管開(kāi)始限幅時(shí)，等價(jià)于傳輸線(xiàn)上有一電阻并聯(lián)到地，這時(shí)輸入至限幅器的功率一部分被反射回源，一部分通過(guò)被輸出負(fù)載吸收，一部分被PIN管吸收。其中，被PIN管吸收的功率即是PIN管耗散的功率：

? ?其中，Rs為限幅狀態(tài)下，PIN管的阻值。

》PIN管架構(gòu)

(1) 包括三層，分別為P層，I層（本征層）和N層。

(2) P層，較薄，電阻較小，mohm級(jí)；N層，較厚，電阻較大，ohm級(jí)；I層，在P層和N層的中間，電阻與偏置電流成反比，電流越大，電阻越小；

》PIN管工作原理

PIN管偏置為0V，小信號(hào)輸入時(shí)，PIN管相當(dāng)于小容值電容。

在射頻大信號(hào)的正半周期內(nèi)，微波大電流使載流子從P結(jié)和N結(jié)注入；但在負(fù)半周期內(nèi)，并不是所有的載流子都退回，而是有一部分進(jìn)入I區(qū)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后，在I區(qū)形成穩(wěn)態(tài)分部，PIN管和電感之間形成直流回路，在ns級(jí)時(shí)間內(nèi)，PIN管形成自偏置，阻抗降低到一個(gè)極低值。這時(shí)，PIN管對(duì)輸入大信號(hào)而言，為短路狀態(tài)，將大功率信號(hào)反射回源端。

當(dāng)大信號(hào)消失后，PIN管本征層的載流子在ns級(jí)時(shí)間內(nèi)復(fù)合，自偏置電流消失，PIN管電阻變大，允許小信號(hào)通過(guò)。

PIN限幅管一般指標(biāo)

》Rs（PIN限幅管阻值）

PIN管在有正向偏置電流時(shí)的電阻值，影響隔離度以及耗散在PIN管的功率

》門(mén)限電平

(1) 插損比小信號(hào)輸入時(shí)大1dB時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率。

(2) 門(mén)限電平的大小，與PIN管本征層的厚度成正比。厚度越厚，門(mén)限電平越大。

(3) 本征層厚度為1um，對(duì)應(yīng)門(mén)限電平為7~10dBm（50ohm系統(tǒng)）；本征厚度為7~10um，對(duì)應(yīng)門(mén)限電平為20~23dBm（50ohm系統(tǒng)）。

》少數(shù)載流子壽命（minority carrier time）

(1) 與PIN管本征層的特性有關(guān)

(2) 少子壽命短，對(duì)應(yīng)限幅器恢復(fù)時(shí)間短

少數(shù)載流子壽命簡(jiǎn)稱(chēng)為少子壽命。在一定溫度下，處于熱平衡的半導(dǎo)體中，電子和空穴數(shù)目是一定的，這些載流子叫平衡載流子，用電能、光能或其他方法，使半導(dǎo)體產(chǎn)生除原平衡載流子之外，還產(chǎn)生了多余的載流子，即少子，這種現(xiàn)象叫注入。這些少子從注入到復(fù)合而消失經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為少子壽命。

》結(jié)電容

PIN管的結(jié)電容影響小信號(hào)輸入時(shí)，限幅器的插損。

》反向擊穿電壓

(1) 對(duì)于射頻二極管，反向擊穿電壓定義為，反向電流為10uA時(shí)，加在管子上的電壓。

(2) 最低額定擊穿電壓(minimumrated breakdown voltage)一般是指能加于二極管的最大反向電壓

參考文獻(xiàn)：

[1] Avago Application Note 1050:Low CostSurface Mount Power Limiters

[2] Avago HSMP-382x,482x_Surface MountRF PIN Switch and Limiter Diodes

[3]Skyworks Application note: PINLimiter Diodes in Receiver Protectors

[4] MicroSemi PIN Diode Fundamentals

[5] Skyworks Application note:PINlimiter Diodes in Receiver Protectors

[6] L3 Narda-MITEQ PIN Diode ControlProducts