Использование универсального дифференциального драйвера АЦП для управления ВЧ коммутатором

Предназначенная для использования в качестве быстродействующего драйвера 12-разрядных АЦП, микросхема AD8137 может управлять арсенид-галлиевыми (GaAs) монолитными микросхемами однополюсных переключателей и радиочастотными коммутаторами на PIN-диодах, предлагая дешевую и универсальную альтернативу традиционным драйверам ключей. Типовое времена переключения этой схемы, составляет от 7 до 11 нс, включая задержки распространения сигналов в драйвере и в радиочастотной нагрузке.

Рисунок 1.	Драйвер АЦП IC1 преобразует несимметричный сигнал с уровнями ТТЛ в дифференциальный сигнал для GaAs радиочастотного коммутатора IC2.

Схема драйвера GaAs переключателя (Рисунок 1) преобразует несимметричный сигнал ТТЛ с уровнями от 0 до 3.5 В в дифференциальный выходной сигнал 0 … 4 В. Делитель напряжения, образованный 50-омным сопротивлением источника, резистором R_S и согласующим резистором R_T, ослабляет сигнал на 50%. Для компенсации этого ослабления схема усиливает входной сигнал приблизительно в 2.3 раза, обеспечивая нужную амплитуду 4 В пик-пик. Кроме того, для правильной работы последующей GaAs микросхемы схема сдвигает уровень выхода на –2 В. Коэффициент усиления схемы G равен

(1)

При симметричном выходном сигнале эквивалентные сопротивления резисторов R₁ и R₄, задающих коэффициент усиления, должны быть одинаковыми. На Рисунке 1 сопротивление резистора R₄ превышает сопротивление R₁ на 20 Ом. Эта разница компенсирует дополнительное сопротивление 25 Ом, вносимое параллельной комбинацией сопротивлений источника сигнала R_S и согласующего резистора R_T. Использование R₄ с сопротивлением 1.02 кОм (стандартное значение, ближайшее к 1.025 кОм) гарантирует, что коэффициенты усиления схемы относительно обоих дифференциальных выходов будет примерно одинаковыми.

Рисунок 2.	Вертикальные курсоры показывают, что время включения драйвера GaA коммутатора равно приблизительно 5 нс.

Вход V_OCM микросхемы AD8137 (вывод 2) обеспечивает удобный способ смещения уровня постоянного синфазного напряжения на выходе. В схеме на Рисунке 1 это смещение устанавливается с помощью делителя напряжения R₂, R₃ равным –2 В. Подключение инвертирующего входа AD8137 к опорному напряжению 1.75 В (V_REF) задает среднюю точку входного сигнала, необходимую для правильного переключения входного каскада AD8137.

Рисунок 3.	Время выключения равно приблизительно 11 нс.

Из осциллограммы на Рисунке 2 видно, что время включения драйвера GaA коммутатора, отсчитанное между 50% уровня входного сигнала ТТЛ и 90% уровня выходного сигнала, равно приблизительно 5 нс. Время выключения, отсчитанное между 50% уровня входного сигнала ТТЛ и 10% уровня выходного сигнала, как следует из Рисунка 3, составляет примерно 11 нс.

Рисунок 4.	Небольшая модификация превращает схему на Рисунке 1 в драйвер переключателя на PIN-диодах.

Как показано на Рисунке 4, после совсем незначительных изменений драйвер GaAs переключателя может управлять нагрузками в виде PIN-диодов, которым требуются как положительные, так и отрицательные токи смещения. Вывод V_OCM микросхемы IC₁ подключен к общей шине, чтобы обеспечить симметрию выходных сигналов относительно земли, размах которых после замены резисторов R₃ и R₄ на 2 кОм составил ±3.5 В при втекающем и вытекающем токах смещения 10 мА. Резисторы R₅ и R₆ устанавливают средний ток PIN-диодов I_SS, равный

(2)

От емкостей конденсаторов C₅ и C₆ зависят токи инжекции I_S, удаляющие заряды, накопленные в PIN-диодах. При необходимости оптимизировать характеристики переключения диодов ток I_S можно подобрать с помощью формулы

(3)

где dV/dt – скорость нарастания напряжения на выходе драйвера AD8137.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8137
2. Datasheet MACOM MASW20000