带PIN二极管的电流源DAC提供RF衰减和热补偿

RF衰减是无线设计中的常见电路。本应用笔记详细介绍了使用PIN二极管和电流源DAC控制RF衰减的几种方法。

PIN二极管通常用作电视调谐器中RF信号的可变衰减器，以及固定设备中的宽带RF的可变衰减器。这些二极管可以作为分立器件安装在电路板上，也可以集成到混合GaAs模块中。在高RF频率下，PIN二极管的正向电阻随着通过结的直流电流的增加而减小（图1）。

图1.典型PIN二极管的电阻与正向电流的关系。

PIN二极管衰减器可以在串联或并联配置中工作。串联衰减器（图2a）通常需要10mA至20mA电流通过二极管。其衰减为：

20log(1 + RPIN / 2Z0)(in dB)

对于并联衰减器（图2b），所需的偏置电流典型值为2mA至3mA。分流衰减器的衰减为：

20log(1 + Z0 / 2RPIN)（in dB）

图2.RF信号可以通过串联（a）或并联（b）PIN二极管衰减。

系统控制器通过改变流经二极管的电流来调节衰减。

系统可能还需要温度补偿（图3）。在这个简化的电路中，数字电位计IC（digipot）设置固定或可调偏置电平，热敏电阻提供温度输入。这些输入组合在一个运算放大器电路中，通过一个电阻驱动PIN二极管，将输出转换为电流。

图3.PIN二极管的简化偏置电路。

此实现并不简单。热敏电阻响应必须与PIN二极管匹配，偏置电流变化会改变PIN二极管的直流正向电压，进而导致偏置电流非线性。您可以用电压输出DAC代替热敏电阻和数字电位器，并以数字方式补偿电路，但这种方法不会消除二极管的正向电压。更好的选择是引入电流源DAC（有关理想示例，请参见附录）。

图4电路包括一个混合正交匹配并联衰减器和一对匹配PIN二极管，由单个DAC输出驱动。环境温度由连接到主机微控制器的模拟或数字传感器测量，该传感器使用查找表（LUT）或算法来实现温度补偿。所需的衰减通过LUT或算法，给出所需的PIN电流，然后由DAC设置。通过PIN二极管结的电流仅由DAC设置，并且与二极管的正向电压或连接中的任何其他直流阻抗无关。

图4.该RF衰减器由电流输出DAC（MAX5548或MAX5550）驱动，该DAC根据主机处理器的校正信号调节输出电流，从而补偿温度。

根据输出进行筛选

对于包含RF阻断电感器和电容器的电路（以消除不需要的直流路径），输出在超过100nH的串联电感和10nF的对地电容下保持稳定。作为电流（相对于电压）输出的一个优点，滤波器引入的串联电阻对精度没有影响，前提是产生的压降保持在DAC的输出顺从电压范围内。

附录 — DAC 示例

MAX5548/MAX5550为双路8位/10位DAC，具有电流源输出，顺从范围为4V/30mA。两个输出均可提供高达 30mA 的电流，并且可以并联用于高达 60mA 的大电流应用。这些器件采用+2.7V至+5.25V单电源供电，正常工作时每个DAC的典型电源电流为1.5mA，关断模式下最大电流小于1μA。停机模式下的输出漏电流最大值仅为 ±1μA。

为确保高精度和低噪声性能，每款IC均包括+1.25V带隙基准和控制放大器。它们还提供连接外部基准 （REFIN） 的选项，以提高增益精度。这些部件与 I 兼容2C 和 SPI 串行接口，由封装上的引脚选择。在SPI模式下，这些器件可以菊花链连接，以节省处理器I/O引脚，并且对于I2C 接口，提供四个引脚可选地址。软件和每个输出的外部电阻确定可编程输出电流的最大值。

审核编辑：郭婷