限幅器知多少？

前言

限幅器，顾名思义，就是起限幅的作用。一般用在接收机的前端，保护接收机。这样，即使接收端有大功率信号，也不会造成接收机的损坏。

但是，要注意的是，限幅器是通过反射功率来达到限幅的作用，所以使用过程中，要保证被反射的功率不会对损坏源端。

作为一个合格的限幅器，它需要满足下面特性：

(1)小信号输入时，插损小

(2)大信号输入时，插损大

(3)限幅速度快，需达到ns级

(4)大信号消失后，快速恢复到低插损

分类

限幅器有集成芯片，也可以用分立PIN管搭建。

》集成芯片

优点：

(1)使用起来简单，只要会用就行，不需知道其的具体实现方式

(2)指标性能在器件手册上已标明，性能有保证

缺点:

(1)贵

(2)体积相对较大，有的还需供电

比如说，Peregrine半导体的PE45140，响应和恢复时间为1ns等

》PIN二极管

优点：

(1) 尺寸小，无源器件

(2) 便宜

缺点：

(1) 非傻瓜式设计，需了解其实现原理

(2) 设计完成后，需仔细测试，验证其性能

PIN管限幅器

》PIN管限幅器基本电路

(1)由PIN管和电感组成，都并联在通路上

(2)电感提供直流回路

(3)放大器的馈电电感选择原则一致，使其并联于通路时，不会影响带内性能

当PIN二极管开始限幅时，等价于传输线上有一电阻并联到地，这时输入至限幅器的功率一部分被反射回源，一部分通过被输出负载吸收，一部分被PIN管吸收。其中，被PIN管吸收的功率即是PIN管耗散的功率：

   其中，Rs为限幅状态下，PIN管的阻值。

》PIN管架构

(1) 包括三层，分别为P层，I层（本征层）和N层。

(2) P层，较薄，电阻较小，mohm级；N层，较厚，电阻较大，ohm级；I层，在P层和N层的中间，电阻与偏置电流成反比，电流越大，电阻越小；

》PIN管工作原理

PIN管偏置为0V，小信号输入时，PIN管相当于小容值电容。

在射频大信号的正半周期内，微波大电流使载流子从P结和N结注入；但在负半周期内，并不是所有的载流子都退回，而是有一部分进入I区。经过几个周期后，在I区形成稳态分部，PIN管和电感之间形成直流回路，在ns级时间内，PIN管形成自偏置，阻抗降低到一个极低值。这时，PIN管对输入大信号而言，为短路状态，将大功率信号反射回源端。

当大信号消失后，PIN管本征层的载流子在ns级时间内复合，自偏置电流消失，PIN管电阻变大，允许小信号通过。

PIN限幅管一般指标

》Rs（PIN限幅管阻值）

PIN管在有正向偏置电流时的电阻值，影响隔离度以及耗散在PIN管的功率

》门限电平

(1) 插损比小信号输入时大1dB时，所对应的输入信号功率。

(2) 门限电平的大小，与PIN管本征层的厚度成正比。厚度越厚，门限电平越大。

(3) 本征层厚度为1um，对应门限电平为7~10dBm（50ohm系统）；本征厚度为7~10um，对应门限电平为20~23dBm（50ohm系统）。

》少数载流子寿命（minority carrier time）

(1) 与PIN管本征层的特性有关

(2) 少子寿命短，对应限幅器恢复时间短

少数载流子寿命简称为少子寿命。在一定温度下，处于热平衡的半导体中，电子和空穴数目是一定的，这些载流子叫平衡载流子，用电能、光能或其他方法，使半导体产生除原平衡载流子之外，还产生了多余的载流子，即少子，这种现象叫注入。这些少子从注入到复合而消失经历的时间称为少子寿命。

》结电容

PIN管的结电容影响小信号输入时，限幅器的插损。

》反向击穿电压

(1) 对于射频二极管，反向击穿电压定义为，反向电流为10uA时，加在管子上的电压。

(2) 最低额定击穿电压(minimumrated breakdown voltage)一般是指能加于二极管的最大反向电压

参考文献： 

[1] Avago Application Note 1050:Low CostSurface Mount Power Limiters

[2] Avago HSMP-382x,482x_Surface MountRF PIN Switch and Limiter Diodes

[3]Skyworks Application note: PINLimiter Diodes in Receiver Protectors

[4] MicroSemi PIN Diode Fundamentals

[5] Skyworks Application note:PINlimiter Diodes in Receiver Protectors

[6] L3 Narda-MITEQ PIN Diode ControlProducts