在雷達或無線電接收器中,，敏感型低噪聲放大器 (LNA) 在承受較大的輸入信號時必定會發(fā)生損壞,。那么，有什么解決方案,？

　　我們可以利用接收器保護裝置限幅器 (RPL) 電路來保護敏感元件,。RPL電路的“心臟”通常由PIN二極管組成,，能夠保護元件免受大輸入信號的影響，同時不會對小信號操作造成不利影響,。

　　RPL電路的運行無需外部控制信號,。此類電路包含至少一個與信號路徑并聯(lián)的PIN二極管，以及一個或多個無源元件,，例如RF扼流圈電感和直流隔離電容,。以下是一個簡單的（但可能是完整的）RPL電路。

　　當沒有RF輸入信號或僅存在有RF小信號時,，限幅器PIN二極管的阻抗特性會達到最大值,，通常為幾百歐姆或以上。因此,，二極管產生非常小的阻抗失配,，相應地，可帶來低插入損耗,。

　　當出現(xiàn)大輸入信號時,，RF電壓迫使電荷載流子（P層的空穴和N層的電子）進入PIN二極管的I層,。進入I層后，自由電荷載流子會降低其RF電阻,，從RPL電路的RF端口角度來看,，這產生了阻抗失配。

　　這種失配會導致來自輸入信號的能量被反射至對應的信號源,。反射信號與入射信號配合,，在PIN二極管產生一個電壓最小的駐波，因為反射信號在傳輸線上暫時呈現(xiàn)最低阻抗,。傳輸線上的每個最小電壓都有一個對應的最大電流,。最大電流流經PIN二極管，導致二極管I層中的自由電荷載流子量增加,，從而產生更低串聯(lián)電阻,、更大阻抗失配以及“更小”的最小電壓。最后,，二極管的電阻將達到最小值——該值取決于PIN二極管的設計和RF信號的幅值,。RF信號幅值增大時，迫使二極管達到充分導通狀態(tài),，從而進一步降低二極管的電阻,，直到二極管飽和并產生盡可能的最小電阻。由此得到輸出功率與輸入功率的對比曲線,，如下所示,。

　　當RF大信號不再出現(xiàn)，如果I層中的自由電荷載流子量較大,，二極管的電阻則會保持在較低水平（此時插入損耗仍然較大）,。在RF大信號中斷后，可以通過兩種機制來減少自由電荷載流子量： (1) 在I層外進行電荷傳導 (2) 在I層內進行電荷重組,。

　　電荷傳導的幅值主要由二極管外部電流通路中的直流電阻決定,。

　　電荷重組的速率則由多個因素決定，包括I層中自由電荷載流子的密度,、I層中摻雜原子的濃度和其他電荷俘獲點,，等等?？紤]到二極管的必要參數(shù),，PIN二極管可安全處理的RF信號越大，其恢復到低插入損耗所需的時間就越長,。

　　因此,，PIN二極管I層的特性決定了RPL電路的性能。I層的厚度（有時稱為寬度）則決定了二極管達到極限時的輸入功率：I層越厚,，輸入?yún)⒄?dB壓縮級別（也稱為閾值級別）就越高,。I層的厚度、二極管結的面積和二極管的制造材料決定了二極管的電阻,、電容以及熱阻,。

　　只需一個PIN二極管、一個RF扼流圈電感器和一對直流隔離電容,，即可實現(xiàn)最簡單的PIN RPL電路,。RF扼流圈電感器對RPL電路的性能至關重要，其主要功能是使PIN二極管的直流電流通路變得完整,。當大信號迫使電荷載流子進入二極管的I層時,，會在二極管中產生直流電流。如果沒有為直流電流提供完整路徑,，則不能降低二極管的電阻,，二極管也不會達到極限。直流電流將沿著整流電流的方向流動,，但這不是由整流產生的,。

　　在RPL電路中安裝扼流圈電感是一件極具挑戰(zhàn)性的事，因為電感是RPL電路中最不理想的元件,?；陔姼兄岛图纳@組間電容的原因，所有電感都具有串聯(lián)和并聯(lián)諧振,。因此必須十分小心,，確保在工作頻帶內不發(fā)生串聯(lián)諧振。此外,，必須盡量把扼流圈的直流電阻降到最低,，以縮短RPL電路的恢復時間。

　　注：直流隔離電容是可選的,。只有當輸入或輸出傳輸線上出現(xiàn)可能使PIN二極管偏置的直流電壓或電流時,，才需要使用直流隔離電容。

　　實例

　　假設低噪聲放大器 (LNA) 可以承受的最大輸入功率為15dBm,，則要求RPL電路中PIN二極管的I層厚度約為2微米,。設計人員可根據(jù)RF信號頻率和小信號插入損耗的可接受最大值來確定PIN二極管的可接受電容。如果設計師假設RPL電路在X波段工作,，并且可接受的最大插入損耗為0.5dB,，則可以計算出二極管的最大電容。

　　可根據(jù)以下公式得出并聯(lián)電容的插入損耗 (IL)（以分貝為單位）：

　　IL=10 log101+Z02XC2

　　我們可根據(jù)公式求解C值：

　　C=210IL10-12πfZ0

　　當f = 12GHz,、IL = 0.5dB且Z0 = 50?時,，C = 0.185pF。

　　得出的電容值與I層厚度共同決定了二極管結的面積,。

　　如果I層較薄并且結面積較小,，二極管就會具有相對較高的熱阻,，這樣一來，只好迫使結溫超過其最大額定值175°C,，才能耗散更多能量,。通常來說，電容為0.185pF的2微米二極管可以安全處理約為30-33dBm的大CW輸入信號,。由于電流流經二極管電阻時會產生焦耳熱,，大信號可能會損壞或即時燒毀二極管。

　　PIN二極管RPL電路能夠為雷達或無線電接收器中的LNA等敏感元件提供可靠的保護,，保護其不受較大入射信號的影響,。當RPL應用需要極低的穩(wěn)態(tài)泄漏輸出功率和較高的輸入功率處理能力時，可以在RPL電路的輸入側增加額外的二極管級和其他電路增強元件,。

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