CN106992772B

CN106992772B - 一种负压自偏置pin开关驱动器及其负电压产生方法

Info

Publication number: CN106992772B
Application number: CN201710280207.2A
Authority: CN
Inventors: 程伟; 任凤; 陈瑶; 成玲; 蔡宁霞
Original assignee: Sun Create Electronics Co ltd
Current assignee: Sun Create Electronics Co ltd
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: CN106992772A

Abstract

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种负压自偏置PIN开关驱动器及其负电压产生方法。本发明包括驱动电路以及负压自偏置电路，所述驱动电路的控制端连接TTL控制信号，驱动电路分别与电源Vcc、地GND连接，驱动电路的信号输出端连接负压自偏置电路的信号输入端，所述负压自偏置电路的信号输出端产生负电压。所述驱动电路和负压自偏置电路包含的元器件数量少，从而使得整个PIN开关驱动器的结构简单，体积小，可靠性高。本发明的驱动电路和负压自偏置电路均采用分立元件搭建，成本低廉。

Description

一种负压自偏置PIN开关驱动器及其负电压产生方法

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种负压自偏置PIN开关驱动器及其负电压产生方法。

背景技术

微波开关常用PIN管搭建，PIN管在加正向偏压时阻抗低，可等效为小电阻，正向电流越大电阻阻值越小，无偏压或加反向偏压时阻抗高，可等效为小电容，反向偏压越大容值越小。为了更好的实现PIN开关性能必须使用合适的PIN开关驱动器。

PIN开关驱动器需要提供的基础功能为电压切换功能，即PIN开关驱动器需要在控制信号的控制下改变输出电压以控制PIN开关的切换。除了基本功能外，PIN开关驱动器还需要通过控制开关切换时的瞬时电流以减小PIN开关的开关时间。常见的PIN开关驱动器如图1所示，该电路需要三极管2个，二极管1个，电阻7个，电容4个，元器件数量很多，结构非常复杂，体积较大。同时，驱动电路需要提供负电压。如果产品不直接提供负电压，必须额外搭建负压转换电路。常用的负压转换电路结构非常复杂，在导致成本增加、体积变大同时还降低了产品的可靠性。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种电路结构简单，元器件数量少，成本低廉，具备负压自偏置功能，可加快开关速度的负压自偏置PIN开关驱动器。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

一种负压自偏置PIN开关驱动器包括驱动电路以及负压自偏置电路，所述驱动电路的控制端连接TTL控制信号，驱动电路分别与电源Vcc、地GND连接，驱动电路的信号输出端连接负压自偏置电路的信号输入端，所述负压自偏置电路的信号输出端连接输出电压Vout。

优选的，所述驱动电路包括第一场效应晶体管以及第二场效应晶体管，所述第一场效应晶体管的栅极以及第二场效应晶体管的栅极均连接TTL控制信号，所述第一场效应晶体管的漏极连接电源Vcc，所述第二场效应晶体管的源极连接地GND，第一场效应晶体管的源极与第二场效应晶体管的漏极均与负压自偏置电路的信号输入端相连。

优选的，所述负压自偏置电路包括第一电容、第一二极管、第一电阻以及第二电阻，所述第一电容的一端、第一二极管的正极均连接第一场效应晶体管的源极以及第二场效应晶体管的漏极，所述第一二极管的负极连接第一电阻的一端，所述第一电容的另一端、第一电阻的另一端均连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接输出电压Vout。

进一步的，所述第一场效应晶体管为N增强型金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第二场效应晶体管为P耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管。

本发明还提供了一种负压自偏置PIN开关驱动器的负电压产生方法，本加固方法易于维护，包括以下步骤：

所述的TTL控制信号控制驱动电路，使驱动电路的输出电压在电源Vcc和地GND之间切换，当驱动电路的输出电压从电源Vcc切换到地GND的瞬间，负压自偏置电路的信号输出端产生负电压。

优选的，通过调节所述负压自偏置电路的第一电阻、第二电阻的阻值，从而控制流向输出电压Vout的正向电流以及TTL控制信号从高电平到低电平切换时流向输出电压Vout的反向瞬时电流值。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明包括驱动电路以及负压自偏置电路，所述驱动电路和负压自偏置电路包含的元器件数量少，从而使得整个PIN开关驱动器的结构简单，体积小，可靠性高。

2)、本发明的驱动电路和负压自偏置电路均采用分立元件搭建，成本低廉。

3)、本发明具有负压自偏置功能，无需搭建复杂的负压转换电路即可产生负电压。

4)、所述第一场效应晶体管为N增强型金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第二场效应晶体管为P耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管，其成本低廉，而且本发明的元器件均是容易获得的元器件。

附图说明

图1为现有技术中的PIN开关驱动器的原理示意图；

图2为本发明的结构连接框图；

图3为本发明具体实施例的电路原理图。

图中的附图标记含义如下：

10—驱动电路 20—负压自偏置电路

N1、N2—第一场效应晶体管、第二场效应晶体管

R1、R2—第一电阻、第二电阻

C1—第一电容 D1—第一二极管

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种负压自偏置PIN开关驱动器包括驱动电路10以及负压自偏置电路20，所述驱动电路10的控制端连接TTL控制信号，驱动电路10分别与电源Vcc、地GND连接，驱动电路10的信号输出端连接负压自偏置电路20的信号输入端，所述负压自偏置电路20的信号输出端连接输出电压Vout，所述负压自偏置电路20的信号输出端产生负电压。

如图3所示，所述驱动电路10包括第一场效应晶体管N1以及第二场效应晶体管N2，所述第一场效应晶体管N1的栅极以及第二场效应晶体管N2的栅极均连接TTL控制信号，所述第一场效应晶体管N1的漏极连接电源Vcc，所述第二场效应晶体管N2的源极连接地GND，第一场效应晶体管N1的源极与第二场效应晶体管N2的漏极均与负压自偏置电路20的信号输入端相连。

所述第一场效应晶体管N1为N增强型金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第二场效应晶体管N2为P耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管。

所述负压自偏置电路20包括第一电容C1、第一二极管D1、第一电阻R1以及第二电阻R2，所述第一电容C1的一端、第一二极管D1的正极均连接第一场效应晶体管N1的源极以及第二场效应晶体管N2的漏极，所述第一二极管D1的负极连接第一电阻R1的一端，所述第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端均连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接输出电压Vout，所述第二电阻R2的另一端产生负电压。

本发明还提供了一种负压自偏置PIN开关驱动器的负电压产生方法，包括以下步骤：

所述的TTL控制信号控制驱动电路10，使驱动电路10的输出电压在电源Vcc和地GND之间切换，当驱动电路10的输出电压从电源Vcc切换到地GND的瞬间，负压自偏置电路20的信号输出端产生负电压。

通过调节所述负压自偏置电路20的第一电阻R1、第二电阻R2的阻值，从而控制流向输出电压Vout的正向电流以及TTL控制信号从高电平到低电平切换时流向输出电压Vout的反向瞬时电流值。

当TTL控制信号从0变为1时，第二场效应晶体管N2截止，第一场效应晶体管N1导通，TTL控制信号切换瞬间第一二极管D1和第一电阻R1被第一电容C1短路，通过输出电压Vout的瞬时电流为(Vcc-Vout)/R1，第一电容C1起到加速PIN管导通的作用，电路稳定后电源Vcc通过第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2降压后输出给PIN管，通过输出电压Vout的电流I1＝(Vcc-Vout-0.7)/(R1+R2)，此时第一电容C1两端的电压为第一二极管D1与第一电阻R1两端的电压之和，即第一电容C1两端的电压V2＝I1×R1+0.7。

当TTL控制信号从1变为0时，第二场效应晶体管N2导通，第一场效应晶体管N1截止，TTL控制信号切换瞬间第一电容C1的一端电荷快速与地电荷中和，电势变化为0，第一电容C1的另一端电荷必须通过第一电阻R1及第二电阻R2两条路径缓慢释放，此时第一电容C1的两端电势差为TTL控制信号为1时的一半，且第一电容C1的另一端的电势小于第一电容C1的一端的电势，第一电容C1的另一端电势为-V2/2，这就为输出端的PIN管提供了一个瞬时的负压并产生较大的反向瞬时电流，反向电流可以帮助PIN管从导通状态快速切换到截止状态，进而加快了开关速度。

利用本发明设计电路时，可通过调节第一电阻R1、第二电阻R2的阻值来控制正向电流及电源切换时的反向瞬时电流值。

本发明具有负压自偏置功能，无需搭建复杂的负压转换电路即可产生负电压。

Claims

1.一种负压自偏置PIN开关驱动器，其特征在于：包括驱动电路（10）以及负压自偏置电路（20），所述驱动电路（10）的控制端连接TTL控制信号，驱动电路（10）分别与电源Vcc、地GND连接，驱动电路（10）的信号输出端连接负压自偏置电路（20）的信号输入端，所述负压自偏置电路（20）的信号输出端连接输出电压Vout；

所述驱动电路（10）包括第一场效应晶体管（N1）以及第二场效应晶体管（N2），所述第一场效应晶体管（N1）的栅极以及第二场效应晶体管（N2）的栅极均连接TTL控制信号，所述第一场效应晶体管（N1）的漏极连接电源Vcc，所述第二场效应晶体管（N2）的源极连接地GND，第一场效应晶体管（N1）的源极与第二场效应晶体管（N2）的漏极均与负压自偏置电路（20）的信号输入端相连；

所述负压自偏置电路（20）包括第一电容（C1）、第一二极管（D1）、第一电阻（R1）以及第二电阻（R2），所述第一电容（C1）的一端、第一二极管（D1）的正极均连接第一场效应晶体管（N1）的源极以及第二场效应晶体管（N2）的漏极，所述第一二极管（D1）的负极连接第一电阻（R1）的一端，所述第一电容（C1）的另一端、第一电阻（R1）的另一端均连接第二电阻（R2）的一端，所述第二电阻（R2）的另一端连接输出电压Vout。

2.如权利要求1所述的一种负压自偏置PIN开关驱动器，其特征在于：所述第一场效应晶体管（N1）为N增强型金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第二场效应晶体管（N2）为P耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管。

3.如权利要求2所述的一种负压自偏置PIN开关驱动器的负电压产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述的TTL控制信号控制驱动电路（10），使驱动电路（10）的输出电压在电源Vcc和地GND之间切换，当驱动电路（10）的输出电压从电源Vcc切换到地GND的瞬间，负压自偏置电路（20）的信号输出端产生负电压。

4.如权利要求3所述的一种负压自偏置PIN开关驱动器的负电压产生方法，其特征在于：通过调节所述负压自偏置电路（20）的第一电阻（R1）、第二电阻（R2）的阻值，从而控制流向输出电压Vout的正向电流以及TTL控制信号从高电平到低电平切换时流向输出电压Vout的反向瞬时电流值。