一种降低PIN二极管高速切换时动静态功耗的控制方法与流程

本发明应用于射频通信技术领域，尤其涉及一种降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法。

背景技术：

目前，无线通信系统中大量使用pin二极管来进行射频信号的开关及通道切换，在需要高速和高隔离度的情况下，一个基本单元通常使用2只高反向击穿电压的pin二极管组合来实现，相应的驱动电路中需要提供高压电源和推挽开关。由于pin二极管的导通和截止均由推挽开关来驱动，为了使pin二极管的正向导通工作电流限制在额定工作电流以内，只能在相应的直流通路中串联限流电阻，而pin二极管的正向导通电压很低，导致高压电源的绝大部分电压都施加在限流电阻上，从而造成电路整体上很高的功耗，限流电阻必须使用大功率电阻，使得电路发热严重，可靠性降低，同时无法小型化。

因此现有技术有待于改善。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法，旨在解决背景技术中所提及的技术问题。

本发明所述的一种降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法，包括第一单极性电源、第二单极性电源、第三单极性电源、推挽开关、第一pin二极管和第二pin二极管，第一单极性电源、第二单极性电源和第三单极性电源进行叠加形成叠加电路，推挽开关同时与叠加电路一端、第一pin二极管正极、信号输入端、第二pin二极管负极和第三电感线圈一端连接，第三电感线圈另一端同时与第一pin二极管的负极、第三电容一端和第二pin二极管的正极连接，第三电容另一端与信号输出端连接。

优选的，第一单极性电源的输出电压为5v。

优选的，第二单极性电源的输出电压为100-200v。

优选的，还包括第四电容、第二电阻、第五电容和第二电感线圈，第二电阻一端与第四电容一端连接，第二电阻另一端同时与第五电容一端和第二电感线圈一端连接，第二电感线圈另一端同时与第二电容一端和第一pin二极管的负极连接。

优选的，还包括第一电阻、第一电感线圈和第一电容，第一电感线圈一端与第一电阻一端连接，第一电感线圈另一端同时与第一电容一端和第二pin二极管负极连接。

优选的，第三单极性电源的输出电压为5v。

本发明所述的降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法，有益效果如下：

通过将单极性电源进行叠加，并利用叠加电源的差分电压保持恒定的思路，使得限流电阻上的功耗在各种状态下均保持为一个很小的数值，从而大幅减少驱动电路的功耗并实现纳秒级高速切换。同时，本发明仅采用单极性电源，全速率切换工作范围内功耗较传统方式降低2个数量级,并且可进一步提高驱动电压来提高驱动速度而维持功耗不变，可集成到芯片上制作,解决了以往大功率射频信号切换时功耗大，发热严重，可靠性低，无法小型化的问题。

附图说明

图1为本发明降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法的具体电路连接示意图；

图2为背景技术所提及的现有控制电路。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本发明的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。

如图2所示，背景技术中提及的无线通信系统，在需要高速和高隔离度的情况下，已有技术中通常使用图2的电路，对pin二极管进行驱动，其工作原理如下：1）rfin和rfout之间导通：可计算得到限流电阻r1上的耗散功率为0w(瓦特)，r2上的耗散功率为0.43w(瓦特)。2）rfin和rfout之间隔离：可计算得到限流电阻r1的功率为19.93(瓦特)，r2的功率为0w（瓦特）。采用该原理的各种电路变形，均无法改变其本质，在该无线通信系统中驱动电路总有某个状态使得限流电阻必须承担很大的功率损耗。由于该原理一定会造成限流电阻上承担很大的功率损耗，因此存在很大的功耗导致严重的发热，可靠性降低，使得高速切换和小型化难以实现。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种能够显著降低pin二极管高速切换时驱动电路动静态功耗的方法，通过将单极性电源进行叠加，并利用叠加电源的差分电压保持恒定的思路，使得(导通/截止)支路的电流路径由差分电压决定，限流电阻上的压降保持为差分电压以下，其功耗在各种动静态状态下均保持为一个很小的数值，从而大幅减少驱动电路的功耗并实现纳秒级高速切换。

与上述方法对应的控制电路，如图1所示，图1为本发明降低pin二极管高速切换时动静态功耗的方法的具体电路连接示意图。本发明的降低pin二极管高速切换时动静态功耗的控制方法，其特征在于，包括第一单极性电源b1、第二单极性电源b2、第三单极性电源b3、推挽开关sw1、第一pin二极管d1和第二pin二极管d2，第一单极性电源、第二单极性电源和第三单极性电源进行叠加形成叠加电路，推挽开关sw1同时与叠加电路一端、第一pin二极管d1正极、信号输入端rfin、第二pin二极管d2负极和第三电感线圈l3一端连接，第三电感线圈l3另一端同时与第一pin二极管d1的负极、第三电容c3一端和第二pin二极管d2的正极连接，第三电容c3另一端与信号输出端rfout连接。本发明的降低pin二极管高速切换时驱动电路动静态功耗的控制方法，有益效果如下：通过将单极性电源进行叠加，并利用叠加电源的差分电压保持恒定的思路，使得限流电阻上的功耗在各种状态下均保持为一个很小的数值，从而大幅减少驱动电路的功耗并实现纳秒级高速切换。同时，本发明仅采用单极性电源，全速率切换工作范围内功耗较传统方式降低2个数量级,并且可进一步提高驱动电压来提高驱动速度而维持功耗不变，可集成到芯片上制作,解决了以往大功率射频信号切换时功耗大，发热严重，可靠性低，无法小型化的问题。

其中，第一单极性电源、第二单极性电源和第三单极性电源进行叠加形成叠加电路；即串联成叠加电路。

其中，第一单极性电源的输出电压为5v；第二单极性电源的输出电压为100-200v；第三单极性电源的输出电压为5v。从图1上看，推挽开关sw1与逻辑控制端k1连接，逻辑控制端k1接收高电平或者低电平时，推挽开关sw1的第一开关l、第二开关h处于闭合或者断开状态。

从图1看，第一开关h第一端与推挽开关sw1连接，第一开关h第二端同时与叠加电路一端、第一电阻一端、第二电阻一端和第四电容一端连接，第二开关l第一端与推挽开关sw1连接，第二开关l第二端同时与第一开关h的第三端和第三电感线圈一端连接，第二开关l第三端接地。第一开关h、第二开关l受推挽开关sw1控制，根据逻辑控制端k1所接收的电平高低，实现闭合或者断开状态。

如图1所示，还包括第四电容c4、第二电阻r2、第五电容c5和第二电感线圈l2，第二电阻一端与第四电容一端连接，第二电阻另一端同时与第五电容一端和第二电感线圈一端连接，第二电感线圈另一端同时与第二电容一端和第一pin二极管的负极连接。

如图1所示，还包括第一电阻r1、第一电感线圈l1和第一电容c1，第一电感线圈一端与第一电阻一端连接，第一电感线圈另一端同时与第一电容一端和第二pin二极管负极连接。

本发明的电路原理如下：

通过三个单极性电源叠加形成的叠加电路作为供电电源；rfin作为射频信号的输入端；rfout作为射频信号的输出端。

1）信号输入端rfin和信号输出端rfout之间导通：

当电路中逻辑控制端k1为低电平，推挽开关sw1输出对地导通，+hv2输出电压等于0v,此时电流由+5v→r2→l2→d1→l3→+hv2(0v)流动,d1处于导通状态，于此同时+hv1→r1→l1施加于d2的负极，+hv2（0v）→l3施加于d2的正极，d2截止，处于高阻抗悬置状态。通常取pin二极管正向导通电流为100ma，忽略pin二极管的反向漏电流（极小），正向导通电压为0.7v，可计算得到限流电阻r1的功率为0w(瓦特)，r2的功率为0.43w(瓦特)，可以显然看出，驱动电路的功耗非常低。其中，第一pin二极管、第二pin二极管的正向导通电流为100ma。

2）信号输入端rfin和信号输出端rfout之间隔离：

当电路中逻辑控制端k1为高电平，推挽开关sw1输出对+hv1+5v导通，输出电压+hv2等于+hv1+5v，此时电流由+hv2→l3→d2→l1→r1→+hv1流动，第二pin二极管d2处于导通状态，于此同时+hv2→l3施加于第一pin二极管d1的负极，+5v→r2→l2施加于第一pin二极管d1的正极，第一pin二极管d1截止，处于高阻抗悬置状态。通常取pin二极管正向导通电流为100ma，忽略pin二极管的反向漏电流（极小），正向导通电压为0.7v，可计算得到限流电阻r1的功率为0.43(瓦特)，r2的功率为0w（瓦特），可以显然看出，驱动电路的功耗也是非常低。

由上述分析可见，rfin和rfout之间导通和隔离时电路功耗相同，且均较低。和传统电路相比电路功耗降低了2个数量级，由于差分电压始终保持为+5v，所以可以继续提高电压（+hv1）来提高驱动速度而功耗保持不变（+hv1越高，动态切换时pin二极管的损耗越低）。

本发明采用单极性电源进行叠加，并利用叠加电源的差分电压保持恒定的思路，使得限流电阻上的功耗在各种状态下均保持为一个很小的数值，从而大幅降低了电路的功耗。

本发明所利用的第一pin二极管d1和第二pin二极管均与传统二极管不同；属于pin二极管。微波开关利用pin二极管在直流正-反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换作用。pin二极管的直流伏安特性和pn结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别，其对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。因此pin二极管对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别，所以它很适合于做微波控制器件。因此，可以把pin二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。在本申请的电路中是关键。

再者，本发明通过将单极性电源进行叠加，并利用叠加电源的差分电压保持恒定的思路，使得限流电阻上的功耗在各种状态下均保持为一个很小的数值，从而大幅减少驱动电路的功耗并实现纳秒级高速切换。同时，本发明的电路拓扑结构简单，仅采用单极性电源，全速率切换工作范围内功耗较传统方式降低2个数量级，并且可进一步提高驱动电压来提高驱动速度而维持功耗不变，可集成到芯片上制作，解决了以往大功率射频信号切换时功耗大，发热严重，可靠性低，无法小型化的问题。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。