HSMP-389V 紧密收发开关设计 (图)

介绍

----所示的采用并联-串联结构PIN二极管的发送/接收开关已经有好几年的应用历史了。与只使用串行二极管的开关结构相比，它具有如下几个优点：首先，偏置电路简单，只要一条控制线；其次，这种开关只在发送情况下需要偏置；第三，在功率放大器（PA）输出功率的同时，两个二极管都将被偏置。这三个优点在高频应用中尤其重要，因为处于“off”状态的PIN二极管通常会由于本身电容的调制效应或者由于对发送信号进行整流产生的自偏置而使它成为产生谐波的器件。频率提高时，这种情况将会恶化。另一方面，处于“on”状态的PIN二极管产生的谐波失真将随着频率的增大而减小。

描述

----在发送模式下，偏置电流施加到开关上，这个电流以串联形式为两个二极管同时提供直流偏置，从而使它们都处于低阻状态。这样发送链路的功率放大器将连接到天线上，而短路接收链路的输入端，将免受高输入电平的冲击。该短路口通过一个1/4波（90°）传输线映射到天线端口上变成一个开路端口，从而确保发送通道没有被加载。在接收模式下，不再为开关提供偏置，此时两个二极管都为高阻状态。这将使发送单元与天线断开，并使接收单元的输入端口不再处于短路状态，从而把天线连接到接收端口上。为了防止产生谐波问题，应该确保在没有加偏置的时候偏置电路处于高阻状态。

----这种排列方案已经在时分双工（TDD）数字移动电话和使用两个SOT23封装的PIN二极管和一个微带或者其它方式构成的1/4波传输线构成的PMR（SMR）上获得应用。这种装置可以有效地工作，但要占用相当大的板面积。在移动终端应该缩小体积和减轻重量的持续压力下，双频设计的引入，需要使用体积更小的方案。这个问题可以通过把串联和并联二极管封装在一个很小的SOT363中部分地解决，就象HSMP-389V那样。用所示的集总单元等效电路也可以有效地减小1/4波 传输线占用的空间，因为它可以用小体积的表面贴装器件构成。

----为了获得良好的高频特性，并联二极管的寄生串联电感尽可能小是很重要的：它可以确保接收通道上的良好隔离。HSMP-389V有两个特殊的内部结构特性 保证了这一点：并联二极管有两个并行的地线连接引脚，并且有一个“直通”通道连接到晶体顶端。低电容PIN二极管晶片的使用保证了“直通”通道的低损耗，还可以为发送通道的串联开关提供良好的隔离。HSMP-389V的等效电路如 所示。通过在5kΩ（无偏置时）和2到1Ω（5-10mA偏置时）范围内调整两个电阻 可以用它来进行线性模拟。参看数据手册中的“RF阻抗与前向偏置电流”图可以了解其它的偏置情况。

演示板的设计

----给出了演示板的电路图，该演示板用来演示发送/接收开关在很宽的频率范围上的工作情况。本应用指南中给出了三种典型频率下的器件值和结果，它们分别是400MHz，900MHz和1.9GHz。该演示板还包括了前面说到的集总1/4波传输线单元的放置位置。演示板的走线图和器件安装情况分别如和所示。

----1/4波移相器的器件值可以用下面的等式计算：C5=C6=1/(2πfZ0)和L3=Z0/((2πf)。但是在高频情况下，相位长度要做得小于90°，以使板上有一定的通道长度和补偿HSMP-389V的一些封装的寄生电感。如在900MHz频率下相位角应该是75度。 这些设计的初始元件值可以通过Windows下运行的“Touchstone”简单线性模拟来确定。900MHz模拟中的网络表请参见附录1。这些模拟得到的器件值可能要作一些调整以适合标准的器件值，并容忍演示板的小量寄生电容。一般说来，电感L3和电容C5和C6接近的标准值大约要比模拟数据值小0.4pF。

----三个典型频率下使用的器件参数如表1所示。使用的电容从ROHM MCH18范围内选择，电感根据不同标称数值可以选用TOKO类型的LL1608或者LL2012。设计印刷板时要考虑到采用的接头是边缘连接的SMA接头，如Johnson Componets公司的142-0701-881类型的接头。这些接头可以插进0.8mm（0.031-inch）厚印刷板的边缘，而无需使用其它方法来把PCB板固定到测试用的机座上。

结果

----和给出了900MHz情况下电路的模拟结果。用这种接收/发送开关配置，发送通道在相当宽频带内的损耗都很小，而接收通道展现了一个有益的低通响应，这是集总1/4波传输线单元产生的。

----给定的开关控制电压将通过演示板上R1为二极管提供偏置电流：阻值为390Ω时， 3V电压将提供大约5mA的偏置电流。通过提高供电电压或者减小R1的电阻值 可以把电流提高到接近10mA，这可以稍微改善发送通道的损耗特性。L1和C1将使偏置输入与射频通道隔离。在稍低频率情况下，适当选择L1参数将有助于改善发送端口的匹配特性。

----在演示板上，C2提供隔直流功能，可以调整它的参数值以获得发送端口的匹配，C3的功能类似，只是它为接收端口提供匹配功能。C7为天线端口提供隔直流功能。该电路在实际应用时，可以用这些器件为或前或后的其它电路，如低噪声放大器提供匹配。

----三种典型频率下从演示板上测得的损耗和隔离结果如表2所示。另外，在所有三种情况下，有源端口的输入/输出匹配都优于-20dB。

总结

----从演示板获得的演示结果表明，HSMP-389V可以在不同系统的收发单元的 发送/接收开关设计中获得良好的应用效果。在一个开关上可以获得良好的损耗和隔离特性，而且占用的空间也相对较小。相关的应用包括PMR（SMR），如TETRA；移动电话，如GSM或者PCS和DECT无绳电话。这种开关的体积很小，适合于在双频终端设计中采用，就是一种建议的设计方案。

 

双频终端设计中的建议安排 （DIPEXER - 双工复用器