介绍
无线通信接收器前端可能会因同步或异步信号传输构成过载[1],在时域双工体系中，交换器或循环器衔接端口间的非完美阻隔会构成前者，后者则由两个未相关体系天线间构成的非故意耦合发生，在核磁共振(NMR, Nuclear Magnetic Resonance)接收器中，另一个构成过载的原因为宣布影响脉冲后探针线圈上贮存能量所带来的振铃信号[2],缩小低噪声放大器(LNA, Low Noise Amplifier)器材尺度的作法虽然能够改进射频功能，但却会献身过载的承受能力，例如选用0.25μm pHEMT技能400μm和800μm低噪声放大器的最高输入功率PiMAX分别为7dBm[3]和10dBm[4],过载会影响到硬件和承载的信息，太大的过度驱动会因跨接导线/金属化保险丝失效或晶体管结熔化构成器材毛病，因过度驱动所构成的栅极电流快速添加[5]也会因金属改动而缩短器材寿数[6],除此之外，长期暴露在细小过载情况下也会构成器材输出功率[7]或第三阶输出截点[8]的劣化，NMR核磁共振接收器则会因前端接收器逐步由饱满康复的阻滞时刻(dead-time)而漏失要害信息。
限幅器经过答应低于特定水平的射频信号经过，并大起伏衰减超越阀值的较大信号来防止过载，最简略的限幅器电路包括一个PIN二级管以及作为直流回来途径的并联电感，也便是所谓的自偏压限幅器[9-10],但这个作法的阀值比许多低噪声放大器的过载约束更高，在根本PIN限幅二级管上并联肖特基二级管，也便是肖特基强化PIN限幅器能够下降约束阀值约10dB[11],首要原因是肖特基二级管较低的导通电压。
因为限幅器有必要组织在接收器增益电路的前端才有用，因而它的小信号插入损耗会对全体噪声系数构成相同dB单位的添加，插入损耗首要来自于二级管寄生电容对传输线构成的负载，在曩昔，微波限幅器运用裸二级管芯片制作，但现代大量生产的限幅器二级管则运用会大起伏添加电容的塑料封装，别的，肖特基强化PIN限幅器中的额定二级管也会带来比仅PIN二级管限幅器更大的损耗。
图1:肖特基强化PIN限幅器的常见电路组织和它的小信号等效电路。
去除限幅器二级管电容问题的急切功能够由许多被提出的解决计划中看出，二级管仓库能够下降电容，但却带来了较高的导通阀值[12],虽然运用平顶结构来移除部分PIN结区能够下降寄生电容，但却大起伏添加了二级管的转化热阻[13],另一方面，肖特基二级管能够经过高阻抗1/4波长传输线[14]或指向性耦合器[15-16]因由射频途径阻隔，不过这些无源器材会添加本钱和体积。电容性负载能够经过衔接二级管到较低阻抗(12.5Ω)的节点下降，但却需求降压和升压变压器[17].为了下降这类限幅器的高频损耗而不需求支付前述计划的价值，咱们研讨了结合二级管寄生电容到低通梯型滤波器的立异装备，虽然运用二级管的寄生特性来下降损耗现已在自偏压PIN限幅器中说到[18-19],但从未出现在肖特基强化PIN限幅器上，本篇文章将介绍肖特基强化PIN限幅器的低损耗装备，并经过试验成果来承认它的更好功能。
资料和办法
为了快速制作新的装备，咱们运用了原有二级管产品线的低本钱SOT-323封装器材，PIN二级管具有1.5μm的I层厚度，约1pF的零偏置电容以及合适新装备的双阳极封装方法[20],请参阅图2.这个肖特基二级管具有1mA时250mV的载子起伏，以及约0.8pF的零偏置电容[21],二级管跨接导线和引脚的寄生电感分别为0.7nH和0.4nH,限幅器运用包括50Ω共平面波导接地(CPWG)传输线，中心具有空隙的30mil厚FR4 印刷电路板完成，如图3.PIN二级管采阳极引脚跨过空隙的方法装置，肖特基二级管则好像常见限幅器一般衔接到传输线的输出端，双阳极PIN二级管、肖特基二级管以及带空隙线的组合带来一个近似于低通梯型滤波器的小信号等效电路。
为了进行功能比较，咱们在相同电路板上组织一个组合到接连传输线的传统PIN肖特基限幅器，两个限幅器选用完全相同的二级管器材，根据两个二级管在传统限幅器装备中采并联方法，因而它的小信号等效电路可由一个1.8pF的电容代表。
图2:PIN二级管内部图，其间芯片上的阳极接点经过跨接导线衔接到两个引脚。
图3:上方为包括评价和参阅限幅器的印刷电路板相片，左下为评价限幅器的细部电路图，右下则为评价限幅器的简化等效电路。
成果和评论
试验成果证明了新的装备能够改进插入损耗和带宽，因为寄生电容在频率低于300MHz时简直不会构成影响，因而两个装备在此具有附近的插入损耗，不过当频率超越300MHz时，损耗差异就会大起伏扩增，请参阅图4.在常见的2.1GHz 3G频段中，能够到达令人满意的0.8dB损耗差异，如此的改进也能够量化为带宽的进步，以1dB损耗点比较，新装备能够将最高频率约束由本来的1.3GHz进步到2.4GHz.
图4:传统和新限幅器装备的小信号插入损耗相对频率联系图。
实践的成果会比这个丈量值体现更佳，原因是测验组织可能会扩展损耗，在实践应用上，电路板的走线要短许多，而且限幅器的输出也会直接衔接到低噪声放大器而不需经过射频衔接器，经过标准化去除测验组织的损耗后，限幅器的1dB带宽能够大起伏进步到3GHz.
图5:新限幅器装备进行测验组织影响损耗补偿前和补偿后的小信号插入损耗。除了下降插入损耗外，新的装备也意外地改进了回波损耗(RL, Return Loss)，特别是在1.2GHz到3GHz频带规模改动超越4dB时，十分明显地，新装备的梯型滤波器等效电路会比原始的分流电容具有更好的匹配，在回波损耗RL ≤ -10dB点，新装备能够大起伏进步最高频率约束达近3倍，由传统装备的1.1GHz进步到2.9GHz.
图6:传统和新装备限幅器回波损耗相对于频率联系图。
在900MHz时，两个装备具有相同的输入约束阀值，大约为3dBm,如图7.一个常被疏忽的优势是，在30dBm输入功率时新装备的输出走漏功率能够低约4dB,不过咱们无法解释这个改进的背面机制。
图7:传统和新装备限幅器于900MHz时输出相对于输入功率的联系。
为了保证梯型电路不会影响限幅器瞬态呼应的速度，两个装备都以10ms的30dBm 900MHz载波迸发波进行评价，突波走漏时刻在两个装备大约持平，约为2.4μs,如图8.在迸发波的结尾也观察到<30ns的附近康复时刻，不过新装备的突波和陡峭走漏振幅相对较低。
图8:两个限幅器装备的瞬态呼应比较。
定论
相较于原有装备，肖特基PIN限幅器的新电路装备能够一起改进插入损耗、匹配、带宽以及走漏功率，因为选用了二级管封装寄生%&&&&&%来构成低通梯型滤波器，因而装备的改动并没有添加额定的器材，也没有加大电路板的占用面积，相同的作法现已成功应用于下降仅PIN二级管限幅器的损耗上。试验成果显现能够在肖特基强化PIN限幅器上获得相同的优点，咱们预期新装备能够改进运用这类限幅器无线通信和NMR/MRI接收器的灵敏度，而且猜测这个装备能够带来更高频率的运作。
附录：扫描式功率丈量
在扫描式功率丈量的上限规模，饱满限幅器二级管会在传输线上趋近于短路，图9中的测验组织运用阻隔器和衰减器来消除构成图7中下沉曲线的丈量影响，在受测器材的输出运用10dB衰减器替代阻隔器是较好的挑选，原因是除了不会对受测器材的阻抗改动构成缓存外，还可防止功率传感器焚毁。
图9:用来丈量限幅器输入输出功率相对联系的测验组织。
