一种PIN开关的电路的制作方法

一种pin开关的电路
技术领域
1.本实用新型涉及微波技术，尤其与一种pin开关的电路有关。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，越来越多的大功率开关采用pin开关，其具有其开关次数不受限制、速度快等优势，尤其在大功率微波系统中发挥着重要的作用。
3.现有的应用于大功率微波系统的pin开关，多以普通 pcb材料或氧化铝陶瓷材料作为电路基板，且电路设计还存在支路隔离不理想、插入损耗偏大，同时其能够承受的大功率信号也有限等问题，不具有广泛应用性；同时大多数为腔体式结构，其存在整体尺寸大的缺点，无法被应用于对尺寸要求较高的微波系统中。随着微波技术往高性能、小体积化、集成性方面的不断发展，现有的pin开关已经不能满足下游应用的需求。


技术实现要素：

4.为解决上述相关现有技术不足，本实用新型提供一种低损耗耐高功率微波pin开关的电路，pin二极管采用串并联结构，并采用开关驱动器芯片、电容芯片和电感芯片等裸片元器件直接贴装形式，以aln陶瓷作为基板，有效提高pin开关的耐功率大小，缩减开关的整体尺寸大小，开关插入损耗低，支路间隔离度高。
5.为了实现本实用新型的目的，拟采用以下方案：
6.一种pin开关的电路，包括：开关低频供电单元，与开关低频供电单元连接的第一开关支路单元和第二开关支路单元，以及与第一开关支路单元和第二开关支路单元连接的开关公共单元；
7.开关低频供电单元，用于提供导通电压和/或截止电压给第一开关支路单元和/或第二开关支路单元；
8.第一开关支路单元，包括pin二极管d1和pin二极管d2，pin二极管d1的正极分别连接一电容c9和一电容c10，电容c9连接pin开关的电路的输入端口tin1，电容c10连接pin二极管d2的正极，pin二极管d1的负极接地，pin二极管的d2负极连接开关公共单元；
9.第二开关支路单元，包括pin二极管d3和pin二极管d4，pin二极管d4的正极分别连接一电容c12和一电容c11，电容c12连接pin开关的电路的输入端口tin2，电容c11连接pin二极管d3的正极，pin二极管d4的负极接地，pin二极管的d3负极连接开关公共单元；
10.开关公共单元，一端分别连接pin二极管的d2负极和pin二极管d3负极，另一端为pin开关的电路的输出端口tout；
11.第一开关支路单元，用于根据导通电压或截止电压进行输入端口tin1至输出端口tout的导通或关断；
12.第二开关支路单元，用于根据导通电压或截止电压进行输入端口tin2至输出端口tout的导通或关断；
13.开关公共单元，用于在第一开关支路单元和/或第二开关支路单元处于导通状态
时提供低频回路。
14.进一步，开关公共单元包括电感l5，电感l5一端分别连接pin二极管的d2负极、pin二极管d3负极、输出端口tout，另一端接地。
15.进一步，开关低频供电单元包括：驱动器芯片u1，用于提供+5v导通电压和/或
‑
50v截止电压，其为高压pin开关驱动器芯片，采用双极工艺制造的单片集成电路，将输入的ttl信号转换成具有互补输出能力的信号，以驱动外部的pin管。
16.更进一步，驱动器芯片u1的引脚1连接+5v，引脚2连接上位机用于获取ttl信号，引脚3连接
‑
50v，引脚4连接地，反相输出引脚5连接pin二极管d2正极和pin二极管d4正极，同相输出引脚6连接pin二极管d1正极和pin二极管d3正极。
17.更进一步，驱动器芯片u1的引脚1连接一电容c3和一电容c4，电容c3和电容c4连接地，驱动器芯片u1的引脚3连接一电阻r1、一电容c1、一电容c2，电阻r1连接
‑
50v，电容c1和电容c2连接地。
18.更进一步，驱动器芯片u1的反相输出引脚5连接一电阻r3和一电阻r5，电阻r3连接一电感l2和一电容c6，电容c6连接地，电感l2连接pin二极管d2正极，电阻r5连接一电感l4和一电容c8，电容c8连接地，电感l4连接pin二极管d4正极；驱动器芯片u1的同相输出引脚6连接一电阻r2和一电阻r4，电阻r2连接一电感l1和一电容c5，电容c5连接地，电感l1连接pin二极管d1正极，电阻r4连接一电感l3和一电容c7，电容c7连接地，电感l3连接pin二极管d3正极。
19.进一步，开关低频供电单元、第一开关支路单元、第二开关支路单元、开关公共单元设于aln基板的正面，aln基板的背面为接地面，aln基板具有金属化的接地通孔；aln基板背面涂覆有焊料，用于直接将aln基板烧结于应用场景的微波系统，比如雷达系统。
20.进一步，开关低频供电单元、第一开关支路单元、第二开关支路单元、开关公共单元的各元件均为裸芯片；其中，pin二极管d1、pin二极管d2、pin二极管d3、pin二极管d4采用au80sn20金锡合金焊料烧结在aln基板正面，其余元件采用9300c大功率导电胶粘结在aln基板正面；各单元和各元件之间的连接方式采用键合金丝或金带的方式。
21.本实用新型的有益效果在于：
22.1、本实用新型的pin二极管采用串并联结构的电路设计形式，具有插入损耗低、隔离度高的优点，相比较于传统的单一串联结构形式电路，插入损耗低，但同时其隔离度也低；选择单一并联型的话，隔离度较好，但其插入损耗变高；本实用新型兼具了串联结构和并联结构的优点，具有插入损耗低和隔离度高等特点；通过对开关实物进行测试，表明设计的本低损耗耐高功率的pin开关在0.8ghz~2ghz频段内插入损耗值≤0.4db，同时支路间隔离度≥40db；
23.2、本实用新型采用aln基板作为开关的电路基板，相比较于普通 pcb材料或氧化铝陶瓷材料能够承受更大的功率信号，通过对开关实物进行测试，表明设计的本低损耗耐高功率的pin开关能够在0.8ghz~2ghz频段内承受连续波功率信号大小为240w；
24.3、本实用新型的开关电路结构及以aln基板的实现形式，相比较于传统的腔体式结构开关，有效缩减了开关的整体尺寸大小。通过选用开关驱动器芯片、芯片电容和芯片电感等裸片元器件有效缩减了开关低频驱动电路的整体尺寸大小，使开关的低频器件与高频器件处于同一平面上，可以通过背部上锡或铟铅银焊片直接烧结于在雷达系统中。
附图说明
25.图1为本技术实施例的电路结图。
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
具体实施方式
27.本技术实例提供的一种低损耗耐高功率微波pin开关的电路，如图1所示，包括：开关低频供电单元100，与开关低频供电单元100连接的第一开关支路单元200和第二开关支路单元300，以及与第一开关支路单元200和第二开关支路单元300连接的开关公共单元400。
28.其中，开关低频供电单元100用于提供导通电压和/或截止电压给第一开关支路单元200和/或第二开关支路单元300。
29.具体的，如图1所示，第一开关支路单元200包括pin二极管d1和pin二极管d2，pin二极管d1的正极分别连接一电容c9和一电容c10，电容c9连接pin开关的电路的输入端口tin1，电容c10连接pin二极管d2的正极，pin二极管d1的负极接地，pin二极管的d2负极连接开关公共单元400。
30.第二开关支路单元300包括pin二极管d3和pin二极管d4，pin二极管d4的正极分别连接一电容c12和一电容c11，电容c12连接pin开关的电路的输入端口tin2，电容c11连接pin二极管d3的正极，pin二极管d4的负极接地，pin二极管的d3负极连接开关公共单元400。
31.开关公共单元400一端分别连接pin二极管的d2负极和pin二极管d3负极，另一端为pin开关的电路的输出端口tout。
32.第一开关支路单元200用于根据导通电压或截止电压进行输入端口tin1至输出端口tout的导通或关断；第二开关支路单元300用于根据导通电压或截止电压进行输入端口tin2至输出端口tout的导通或关断；开关公共单元400用于在第一开关支路单元200和/或第二开关支路单元300处于导通状态时提供低频回路。
33.作为本实例的具体实施方式，开关公共单元400包括电感l5，电感l5一端分别连接pin二极管的d2负极、pin二极管d3负极、输出端口tout，另一端接地。电感l5用于在第一开关支路单元200和/或第二开关支路单元300处于导通状态时提供低频回路。
34.作为本实例进一步的具体实施方式，开关低频供电单元100采用驱动器芯片u1搭建，驱动器芯片u1为高压pin开关驱动器芯片，用于提供+5v导通电压和/或
‑
50v截止电压。如图1所示，驱动器芯片u1的引脚1连接+5v，引脚2连接上位机用于获取ttl信号，引脚3连接
‑
50v，引脚4连接地，反相输出引脚5连接pin二极管d2正极和pin二极管d4正极，同相输出引脚6连接pin二极管d1正极和pin二极管d3正极。
35.驱动器芯片u1的引脚1连接一电容c3和一电容c4，电容c3和电容c4连接地，驱动器芯片u1的引脚3连接一电阻r1、一电容c1、一电容c2，电阻r1连接
‑
50v，电容c1和电容c2连接地。其中，电容c1、电容c2、电容c3、电容c4用于为驱动器芯片u1的低频供电提供滤波功能以滤掉进入驱动器芯片u1的高频杂波，电阻r1用于为驱动器芯片u1提供限流保护作用。
36.驱动器芯片u1的反相输出引脚5连接一电阻r3和一电阻r5，电阻r3连接一电感l2和一电容c6，电容c6连接地，电感l2连接pin二极管d2正极，电阻r5连接一电感l4和一电容
c8，电容c8连接地，电感l4连接pin二极管d4正极；驱动器芯片u1的同相输出引脚6连接一电阻r2和一电阻r4，电阻r2连接一电感l1和一电容c5，电容c5连接地，电感l1连接pin二极管d1正极，电阻r4连接一电感l3和一电容c7，电容c7连接地，电感l3连接pin二极管d3正极。
37.其中，电容c5、电容c6、电容c7、电容c8用于为驱动器芯片u1输出的+5v导通电压和/或
‑
50v截止电压提供滤波功能；电感l1、电感l2、电感l3、电感l4用于防止射频信号串扰至开关低频供电单元100中。
38.当输入驱动器芯片u1引脚2的ttl信号为低电平时，驱动器芯片u1的反相输出引脚5将输出导通电压+5v加载于pin二极管d2和pin二极管d4上，使pin二极管d2和pin二极管d4均处于导通状态；驱动器芯片u1的同相输出引脚6将输出截止电压
‑
50v加载于pin二极管d1和pin二极管d3上，使pin二极管d1和pin二极管d3均处于截止状态。由于第一开关支路单元200上的pin二极管d1处于截止状态，pin二极管d2处于导通状态，因此射频信号能够从输入端口tin1通过第一开关支路单元200传输至输出端口tout；第二开关支路单元300上的pin二极管d4处于导通状态，pin二极管d3处于截止状态，因此射频信号无法从输入端口tin2通过第二开关支路单元300传输至输出端口tout。
39.反之，当输入驱动器芯片u1引脚2的ttl信号为高电平时，驱动器芯片u1的反相输出引脚5将输出截止电压
‑
50v加载于pin二极管d2和pin二极管d4上，使pin二极管d2和pin二极管d4均处于截止状态；驱动器芯片的同相输出引脚6将输出导通电压+5v加载于pin二极管d1和pin二极管d3上，使pin二极管d1和pin二极管d3均处于导通状态。由于第二开关支路单元300上的pin二极管d3处于导通状态，pin二极管d4处于截止状态，因此射频信号能够从输入端口tin2通过第二开关支路单元300传输至输出端口tout；第一开关支路单元200上的pin二极管d1处于导通状态，pin二极管d2处于截止状态，因此射频信号无法从输入端口tin1通过第一开关支路单元200传输至输出端口tout。
40.本实例选用散热性良好的aln陶瓷材料作为开关的电路基板，即aln基板。具体的，0.762mm厚度的单层aln基板。利用aln陶瓷材料散热性良好和膨胀系数低等优点，可以有效提高开关的耐功率大小。开关低频供电单元100、第一开关支路单元200、第二开关支路单元300、开关公共单元400设于aln基板的正面，aln基板的背面为接地面，aln基板具有金属化的接地通孔；aln基板背面涂覆有焊料，比如铟铅银焊片，可直接将aln基板烧结于应用场景的微波系统，比如雷达系统。
41.开关低频供电单元100、第一开关支路单元200、第二开关支路单元300、开关公共单元400的各元件均为裸芯片，即pin二极管芯片、芯片电容、芯片电阻、芯片电感，驱动器芯片等裸片元器件，避免了采用传统塑封器件而导致开关整体尺寸较大的缺点。其中，pin二极管d1、pin二极管d2、pin二极管d3、pin二极管d4采用au80sn20金锡合金焊料烧结在aln基板正面，其余元件采用9300c大功率导电胶粘结在aln基板正面；各单元和各元件之间的连接方式采用键合金丝或金带的方式。
42.本实例相比较于普通 pcb材料或氧化铝陶瓷材料能够承受更大的功率信号。aln陶瓷材料的导热率为170w（mk）
‑1，高于普通pcb材料板和氧化铝材料板；同时aln材料的膨胀系数为4.2，小于氧化铝材料膨胀系数7.3，具有与si相匹配的膨胀系数，更适用作为pin开关的电路基板。
43.通过对本实例的开关实物进行测试，表明本实例设计的低损耗耐高功率微波pin
开关的电路能够在0.8ghz~2ghz频段内承受连续波功率信号大小为240w，插入损耗值≤0.4db，同时支路间隔离度≥40db。