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开关
PIN 二极管通常用作控制 RF 信号的开关元件。在这些应用中，PIN 二极管可以偏置到高阻抗或低阻抗器件状态，具体取决于 I 区中存储的电荷水平。
如图 1所示，可以使用单个串联或并联连接的 PIN 二极管设计一个简单的未调谐单刀单掷 (SPST) 开关。当需要在较宽的频率范围内实现最小插入损耗时，通常使用串联连接的二极管开关范围。这种设计也更容易使用印刷电路技术在物理上实现，因为电路板上不需要通孔。
图1
另一方面，单个并联安装的二极管将在更宽的频率范围内产生更高的隔离值，并将导致能够处理更多功率的设计，因为它更容易对二极管进行散热。
多掷开关比单掷开关使用更频繁。可以设计一个简单的多掷开关，在与公共端口相邻的每个臂中采用串联 PIN 二极管。通过在每个臂中使用“复合开关”获得改进的性能，“复合开关”是串联和并联连接的 PIN 二极管的组合。
对于窄带应用，四分之一波长间隔的多个二极管也可用于各种开关设计以获得改进的操作，在下一节中，我们将详细讨论每种类型的开关，并提供用于选择 PIN 二极管和预测的设计信息电路性能。
图 2
串联开关
图 2 显示了宽带设计中常用的两种基本类型的 PIN 二极管串联开关（SPST 和 SPDT）。在这两种情况下，当二极管正向偏置并在射频发生器和负载之间呈现低正向电阻 RS 时，二极管处于“传递功率”状态。对于“停止功率”条件，二极管处于零偏压或反向偏压，因此它在源和负载之间呈现高阻抗。在串联开关中，可获得的最大隔离度主要取决于 PIN 二极管的电容，而插入损耗和功耗是二极管电阻的函数。串联开关的主要工作参数可以使用以下等式获得：
A. 插入损耗（串联开关）
IL = 20 log10 【1 + Rs/2Z0】 dB （1）
该等式适用于 SPST 开关，并在图 3 中以图形方式呈现 50 欧姆阻抗设计。对于多掷开关，由于“关断”臂中 PIN 二极管的电容引起的任何不匹配，插入损耗略高。在首先计算多掷开关的所有“关断”臂的总分流电容后，可以根据图 5 确定这种额外的插入损耗。
图 3
50 Ω 系统中 PIN 二极管串联开关的插入损耗
B. 隔离（串联开关）
该等式适用于 SPST 二极管开关。为 SPNT 开关增加 6 dB，以说明由于发生器在其特性阻抗中的终止，“关断”二极管两端的电压降低了 50%。图 4 以图形方式显示了简单串联开关的隔离与电容的函数关系。这些曲线是针对以 50 欧姆负载终止的电路绘制的。
图 4
50 Ω 系统中 SPST 二极管系列开关的隔离。多掷开关 (SPNT) 的隔离度增加 6 dB。
C. 功耗（正向偏置串联开关）
对于 ZO>>RS，这变成：
其中最大可用功率由下式给出：
应该注意的是，公式 3 和 4 仅适用于完美匹配的开关。对于除 1 以外的 SWR (σ) 值，将这些方程乘以 [2σ / (σ + 1)]2 以获得所需的最大二极管额定功率耗散。
D. 峰值电流（串联开关）
在 50 欧姆系统的情况下，这减少到：
E. 峰值射频电压（串联开关）
对于 50 欧姆系统，这变成：
图 5 中以图形方式呈现 50 欧姆负载阻抗设计。
50 Ω 系统中并联 PIN 开关的插入损耗
PIN二极管作为RF信号开关元件在应用中被广泛使用。它们可以根据I区中存储的电荷水平被偏置为高阻抗或低阻抗状态。本文介绍了PIN二极管开关的设计和应用。首先，通过串联连接的PIN二极管可以实现简单的未调谐单刀单掷（SPST）开关，而通过并联连接的PIN二极管可以获得更高的隔离值和更高的功率处理能力。多掷开关采用了串联和并联连接的PIN二极管的组合，提供了改进的性能。文章详细讨论了串联开关的插入损耗、隔离度、功耗、峰值电流和峰值射频电压等工作参数，并提供了相应的计算公式和图表。在50欧姆负载阻抗设计下，插入损耗和隔离度的图形表示进一步说明了串联开关的性能特点。综上所述，本文提供了关于PIN二极管开关设计和应用的详细信息。
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