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昂貴的機(jī)械開關(guān)用于精準(zhǔn)的測試儀器，例如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，被證明是適當(dāng)?shù)?。不過，對于量產(chǎn)的消費(fèi)類產(chǎn)品，如有線或衛(wèi)星電視(CATV/SATV)發(fā)送系統(tǒng)，較低成本的電子開關(guān)則更合適些。這類開關(guān)基于晶體管或者PIN二極管。半導(dǎo)體開關(guān)沒有移動(dòng)部件，因此，較機(jī)械開關(guān)而言，它們具有更快的響應(yīng)時(shí)間和更長的壽命范圍。
PIN二極管通常被用在單刀單擲(SPST)和單刀多擲開關(guān)的切換單元。PIN二極管對于頻率高于二極管截止頻率(fc)10倍以上的信號，起到一個(gè)流控電阻的作用。
加上一正向偏置電流，PIN二極管結(jié)電阻Rj可以從高阻變?yōu)榈妥瑁送?，PIN二極管既能用于串聯(lián)開關(guān)模式，也能用于并聯(lián)開關(guān)模式。串聯(lián)開關(guān)的插入損耗A為：
在并聯(lián)連接時(shí)，插入損耗變?yōu)椋?/p>
這里Zo是特征阻抗(在射頻傳輸系統(tǒng)中，其典型值為50或75Ω)。
選擇開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求在帶寬和隔離度要求之間做出折衷。盡管串聯(lián)開關(guān)具有在很寬頻率范圍內(nèi)傳輸?shù)蛽p耗的優(yōu)勢，但其隔離度較差。并聯(lián)開關(guān)通常結(jié)合1/4波長傳輸線使用，其本質(zhì)上為窄帶，不過較串聯(lián)而言，這些傳輸線具有較高的隔離度。
測試儀器和CATV/SATV設(shè)備都需要多倍頻程工作能力的射頻開關(guān)，并且不產(chǎn)生明顯信號損耗。類似于CATV/SATV的多載波環(huán)境對開關(guān)有著嚴(yán)格的線性度要求。它還不能引入導(dǎo)致信道間干擾的過度失真，這類干擾會(huì)造成信號質(zhì)量下降。
為了改善單PIN二極管的隔離度，可以在串聯(lián)模式下采用兩個(gè)或更多PIN二極管。這種串聯(lián)連接和藹允許共享同一個(gè)偏置電流以節(jié)省功率。雙端開關(guān)部件，如PIN二極管的好處在于，能夠用外加二極管輕易地以串聯(lián)方式級聯(lián)。相反，三端晶體管就要求為每個(gè)增加的串聯(lián)開關(guān)部件提供同樣的控制線路。
體效應(yīng)二極管與外延生長型PIN二極管
電路設(shè)計(jì)人員需要區(qū)分體效應(yīng)類型和外延生長型(Epi)PIN二極管兩者間的區(qū)別。這兩種構(gòu)造PIN二極管的不同方法導(dǎo)致它們各自射頻性能有明顯差異，因而就影響到PIN二極管對各種應(yīng)用的適合程度。體效應(yīng)二極管襯底具有低摻雜密度，為了導(dǎo)通，它需要有一高偏置電流，因此，體效應(yīng)PIN二極管一般不適合便攜和其它跟電池操作相關(guān)的應(yīng)用。其非常厚且純的本征(I)層會(huì)造成在300~3,000ns范圍內(nèi)很長的載流子壽命。這種長載流子壽命是保證開關(guān)和衰減器應(yīng)用中具有低失真性能的基本參數(shù)。
相反，Epi二極管的I-層為高度摻雜，Epi二極管很適合用作電流受限產(chǎn)品中的低電流射頻開關(guān)。其載流子壽命短得多(τ5~300ns)。糟糕的是，這種差異使得外延生長型PIN二極管的線性較體效應(yīng)二極管要差得多。由于PIN二極管的線性度通常在低偏置電流情況下發(fā)生惡化，這種局面事實(shí)上就把考慮Epi二極管作為衰減器的可能性排除在外。
正如先前所提到的那樣，確定PIN開關(guān)的可用低端頻率限制受其與截止頻率之間關(guān)系的影響。在10倍截止頻率以下，PIN二極管不再表現(xiàn)為流控電阻的性質(zhì)。當(dāng)
二極管的行為不可預(yù)測，它在流控電感和電容之間交替變化。如果頻率遠(yuǎn)低于
二極管的PIN結(jié)就起到傳統(tǒng)PN結(jié)的作用。一般來說，體效應(yīng)二極管更厚的I層較Epi二極管允許工作在更低的頻率上。
PIN二極管模型
寄生電路元件(例如有害的電感和電容)，是同二極管片和封裝與生俱來的，它定義了開關(guān)性能限制。在串聯(lián)開關(guān)結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，封裝電容和芯片電容(分別為Cp和Cj)共同引起隔離度隨頻率升高而逐漸降低。封裝寄生電感Lp引起開關(guān)插損隨頻率按比例增加(圖1)。為了改善PIN二極管在微波范圍內(nèi)的性能，制造商們在堅(jiān)持不懈地創(chuàng)造更小的封裝。這些封裝帶來的寄生產(chǎn)物更少。業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SOT323、SOD-323和SOD-523正是制造低成本塑料封裝PIN二極管部件無盡推動(dòng)力的印證。
不幸的是，PIN二極管不能在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的SPICE軟件里得到建模，SPICE沒有建立少數(shù)載流子壽命T參數(shù)，它是PIN二極管一個(gè)重要參數(shù)。PIN二極管片可被建模成一簡單線性電路，該電路由兩個(gè)電阻、一個(gè)可變電阻以及一個(gè)電容構(gòu)成，如圖1所示。
