一种微波pin驱动器的制造方法
【专利摘要】一种微波PIN驱动器，包括驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路，驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路依次连接，其特征在于，所述的驱动输出电路主要是由两只并联的P型MOS型场效应管、限流电阻、输入隔离电阻、上拉电阻以及通道电感组成。本实用新型所述的微波PIN驱动器基于P型场效应管为核心设计而成，同传统三极晶体管驱动器相比击穿电压可以做得更高，在同等击穿电压情况下作比较，场效应管的驱动电流比三极晶体管的大，反应速度更快。
【专利说明】—种微波PIN驱动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微波【技术领域】，尤其涉及一种微波PIN驱动器。
【背景技术】
[0002]PIN驱动器功能是将输入的控制信号逻辑同相或反相输出控制PIN管。其逻辑输出一为PIN 二极管提供反向偏置电压使PIN管关断，其反相逻辑输出二为PIN 二极管提供正向导通电流。
[0003]驱动器按照应用条件来分:有普通驱动器(应用于微波小信号领域，信号强度小于IOOffo其单元电路的工作电压通常为±5V，±12V，工作电流不超过60mA，响应时间随带载情况在几十ns导致一个us);专用高速驱动器(应用于直接频率合成时的高速跳频控制，信号强度小于1W，响应时间只有几个ns，工作电压通常为±5V);专用高正电压大电流驱动器(应用于电子对抗中的大功率跳频滤波器，信号强度大于1000W，工作电压通常为+300V，响应时间5us):市售高反压、大电流、快速驱动器(应用于信号强度小于1000W的微波链路，工作电压通常为+5V、-60V，工作电流不超过80mA响应时间2us)。
[0004]对于信号强度超过2000W的微波链路，此时的微波控制电路就需要高压、大电流、快速驱动器，其要求为能在关断状态提供高的截止电压(最高可达到-250V)，以避免微波系统器件的损伤及信号的泄漏；在开启状态下为防止射频调制能提供大的驱动电流(+5V电流达到150mA)。同时，由于系统指标的限制必须要求切换时间尽可能短(一般规定在I μ s以下)。
[0005]在现有技术中，传统的PIN管驱动器是基于三极管为核心设计的，其采用能够提供大电流的的PNP型三极管。若外控电压处于低电平时，三极管开启，驱动电流通过限流电阻到PIN管负载，开启PIN管；若外控电压处于高电平电平时，三极管截止，截止电压通过电阻到PIN管负载，截止PIN管。但是三极晶体管击穿电压虽然可以做得很高，而其驱动电流较小，三极管的开关速度也较慢；现有技术方案的加速方案是当控制脉冲跳变的瞬间，控制脉冲通过耦合电容到加速电路达到加速驱动的目的，耦合电容反应时间较短，无法达到提供足够加速的时间，特别是驱动器要求提供大电流情况下；现有技术方案控制信号输入端添加了逻辑变换电路，逻辑变换电路不仅会产生额外的脉冲延迟，而且限流电阻还需要额外的功耗。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种微波PIN驱动器，解决目前技术中应用于大功率微波链路的PIN驱动器的驱动电流小、反应速度慢、反向击穿电压低的问题。
[0007]为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0008]一种微波PIN驱动器，包括驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路，驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路依次连接，其特征在于，所述的驱动输出控制电路中两只P型MOS型场效应管并联在一起，第一场效应管和第二场效应管的输入端连接至高电平，第一场效应管和第二场效应管的栅极通过输入隔离电阻与外控电压相连，在输入隔离电阻与高电平间连接有上拉电阻，第一场效应管和第二场效应管的漏极通过第一限流电阻、通道电感和第二限流电阻依次相连后连接到驱动输出，并且第一场效应管和第二场效应管的漏极通过第一限流电阻和第三限流电阻连接至低电平。当外控电压为高电平时，第一场效应管和第二场效应管的源极和栅极电势相等，第一场效应管和第二场效应管截止；当外控电压为低电平时，第一场效应管和第二场效应管的源极和栅极电势压差大于场效应管的开启电压，第一场效应管和第二场效应管导通后工作于饱和区，源极电压通过限流电阻和通道电感驱动PIN管开启。本实用新型的驱动器基于P型场效应管为核心而设计制成，同传统三极晶体管驱动器相比击穿电压可以做得更高，在同等击穿电压情况下，场效应管的驱动电流比三极晶体管的大，反应速度更快。
[0009]进一步的，所述的加速开启电路采用NPN型的第一三极管将其集电极连接到第一场效应管和第二场效应管的漏极，第一三极管的基极连接在第一限流电阻和通道电感之间，第一三极管的发射极连接在通道电感和第二限流电阻之间。当场效应管开启后，驱动电压到达第一限流电阻和第一三极管的集电极处，电压通过第一限流电阻后到达通道电感时，由于电感电磁效应，闭合导体回路中的感应电流，其流向总是使感应电流激发的穿过该回路的磁通量，阻碍回路中原磁通量的变化，故此瞬间通道电感是阻止电流通过，因此电流通过第一三极管的基极打开第一三极管，在很短时间内，电流直接通过第一三极管的集电极到达发射极以开启PIN管。
[0010]进一步的，所述的加速关闭电路采用PNP型的第二三极管将其基极连接在第三限流电阻和通道电感之间，第二三极管的发射极通过第二限流电阻连接至驱动输出。当场效应管关闭后，驱动电压到第三限流电阻和第二三极管的集电极处，电压通过第三限流电阻后到达通道电感时，根据楞次定律，此刻通道电感阻止电流通过，因此电流通过第二三极管的基极开启第二三极管，电流直接通过第二三极管4的发射极到达集电极以截止PIN管。
[0011]进一步的，所述的滤波电路在高电平上增加第一滤波储能电容来减小正电源的波动，在低电平上增加第二滤波储能电容和第三滤波储能电容来减小负压波动，提高电路的稳定。
[0012]进一步的，所述微波PIN驱动器的壳体选用可伐材料，壳体镀金，电路基片采用陶瓷材料制作，制作工艺采用薄膜工艺，场效应管、三极管、电感和电阻采用导电胶粘接，芯片元件粘接后进行引线键合。
[0013]与现有技术相比，本实用新型优点在于:
[0014]本实用新型所述的微波PIN驱动器基于P型场效应管为核心设计而成，同传统三极晶体管驱动器相比击穿电压可以做得更高，在同等击穿电压情况下作比较，场效应管的驱动电流比三极晶体管的大，反应速度更快；同等击穿电压情况下，场效应管具有比三极晶体管更小的导通内阻，消耗在导通内阻上的功耗更小；选取场效应管作为驱动核心，具有噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、受温度和辐射影响小等优点；设计电路加速电路，实现驱动器快速开启和关闭，使用电感短暂关闭驱动通道隔离器件，并启动开通加速电路和加速关闭电路，提高了可靠性及稳定性；控制信号输入端无需逻辑变换电路，提高整个电路的反应速度，减小驱动电路的功耗；本实施例采用混合集成薄膜工艺，壳体选用可伐材料，壳体镀金，基片选用导热性极佳的陶瓷基片，实现了高反压、大电流、高速、尺寸小、重量轻、高可靠的驱动器，通过对电路创新性设计，选择合适的工艺，实现产品的高可靠性，批生产效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图；
[0016]图2为驱动输出控制电路的结构示意图；
[0017]图3为理论驱动输出电路输入、输出逻辑图；
[0018]图4为实际驱动输出电路输入、输出逻辑图；
[0019]图5为加速开启电路的结构示意图；
[0020]图6为加速关闭电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]本实用新型实施例公开的一种微波PIN驱动器，以实现对大功率微波链路的PIN控制达到高反向击穿电压、大驱动电流、反应速度快为目的。
[0023]如图1和图2所示，一种微波PIN驱动器，包括驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路，驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路依次连接，驱动输出控制电路中两只P型MOS型场效应管并联在一起，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的输入端连接至高电平V+，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的栅极通过输入隔离电阻R2与外控电压Vc相连，在输入隔离电阻R2与高电平V+间连接有上拉电阻R1，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的漏极通过第一限流电阻R3、通道电感LI和第二限流电阻R4依次相连后连接到驱动输出Vo，并且第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的漏极通过第一限流电阻R3和第三限流电阻R5连接至低电平V-。其主要作用是将输入端的控制电平通过场效应晶体管后反相输出，稳态时直接通过通道电感和限流电阻驱动PIN 二极管。其中，上拉电阻Rl在当外接控制状态模糊时，将第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的输入端置为高电平，截止第一场效应管Ql和第二场效应管Q2，避免因为输入电平的波动影响驱动电路的稳定性；输入隔离电阻R2能适当过滤输入控制信号可能存在的杂波，使控制信号电平的纹波尽量小，减小外围输入信号波动对电路性能的影响。
[0024]如图2所不，当外控电压Vc为高电平时,第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的源极和栅极电势相等，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2截止；当外控电压Vc为低电平时，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的源极和栅极电势压差大于场效应管的开启电压，第一场效应管Ql和第二场效应管Q2导通后工作于饱和区，源极电压通过限流电阻和通道电感LI驱动PIN管开启。
[0025]根据以上分析，输入电平和输出电平逻辑关系见图3。但是在实际使用时，驱动输出Vo相比较控制输入信号Vc是有延时的，见图4。[0026]其中，脉冲前沿的延时时间ton主要由驱动场效应管的开启时间和PIN管的开启时间构成，而场效应的开启时间包括导通延迟时间tdn和上升时间tr。脉冲后沿的延时时间toff主要由驱动场效应管的关闭时间和PIN管的截止时间构成，而场效应的开启时间包括关断延迟时间tdf和下降时间tf。
[0027]场效应管的开关时间来源于两个方面:其一是载流子通过沟道输运所造成的时间延迟，称之为本征延迟；其二是场效应管的结电容、引线电容、杂散电容以及负载电容引起的延迟，称之为负载延迟。场效应管在饱和区的本征延迟渡越时间tchs为:
tchs=4Z2/3w(F必—匕)，其中L为沟道长度。由此可知，只要VGS定下来了，那么tchs由场
效应管本身确定。而考虑到负载延迟，除了场效应管本身的结电容，那还要考虑PIN管的负载电容了。
[0028]考虑到我们设计此驱动电路主要用于驱动PIN管，PIN管不仅会反过来影响驱动器的开关时间，PIN管本身的开关时间也是整个驱动电路的开关延时的重要部分。而众所周知，PIN管的开启瞬间需要注入PIN结大量的载流子；PIN管的截止瞬间需要抽走PIN结的电荷。场效应管开启后，整个链路的正向电流I+为:I+=(V+)/(R0N+R3+R4)，其中RON表示为场效应管直通内阻；场效应管关闭后，整个链路的反向电流1-为:1-= (V-) / (R5+R4)；实际电路使用时，I+和1-受限流电阻的影响，其电流值不高，影响PIN管的开启和截止速度。故此，需要在驱动输出控制电路的基础上添加加速开启电路和加速关闭电路以提闻PIN管的反应速度。
[0029]如图5所示，加速开启电路采用NPN型的第一三极管Q3将其集电极连接到第一场效应管Ql和第二场效应管Q2的漏极，第一三极管Q3的基极连接在第一限流电阻R3和通道电感LI之间，第一三极管Q3的的发射极连接在通道电感LI和第二限流电阻R4之间。当场效应管开启后，驱动电压到达第一限流电阻R3和第一三极管Q3的集电极处，电压通过第一限流电阻R3后到达通道电感LI时，由于电感电磁效应，根据楞次定律可知，闭合导体回路中的感应电流，其流向总是使感应电流激发的穿过该回路的磁通量，阻碍回路中原磁通量的变化，故此瞬间通道电感是阻止电流通过，因此电流通过第一三极管Q3的基极打开第一三极管Q3，在很短时间内，电流直接通过第一三极管Q3的集电极到达发射极以开启PIN管。此时，瞬态电流为(V+)/ (R0N+R4)，此时电流远远大于图8驱动电路的稳态值，达到快速开启PIN管的目的。
[0030]如图6所示，加速关闭电路采用PNP型的第二三极管Q4将其基极连接在第三限流电阻R5和通道电感LI之间，第二三极管Q4的发射极通过第二限流电阻R4连接至驱动输出Vo。当场效应管关闭后，驱动电压到达第三限流电阻R5和第二三极管Q4的集电极处，电压通过第三限流电阻R5后到达通道电感LI时，根据楞次定律我们可知，故此瞬间通道电感LI是阻止电流通过，因此电流通过第二三极管Q4的基极开启第二三极管Q4，电流直接通过第二三极管Q4的发射极到达集电极以截止PIN管，此时，瞬态电流近似为1-= (V-)/R4，此时瞬态电流远远大于图8驱动电路的稳态值,达到快速截止PIN管的目的。
[0031]由图1的电路中可知，当场效应管开启瞬间，正向瞬间比稳态电路提供高得多的电流，易导致正向电源的波动，因此，高电平V+需要增加第一滤波储能电容Cl来减小正电源的波动，提高电路的稳定。同理，当PIN管截止时，反向电流通过三极管Q4直接泄流，其瞬间电流几乎可以达到数十安培量级。而整机一般对负高压截止电源的驱动能力一般较弱，如果瞬间不能驱动就会直接拉低输出负高压，导致电源极不稳定，因此，我们在负高压端设计连接两个电容第二滤波储能电容C2和第三滤波储能电容C3，其目的主要有两个方面:其一是滤除电源杂波，减小电源的纹波，提闻电路的稳定性；其二作为为储能电容，提闻负闻压在瞬间大电流驱动的能力。
[0032]本实施例使用的驱动器模块壳体其材料为可伐板材,壳体镀金,壳体自带绝缘端子。电路基片采用陶瓷材料制作，制作工艺采用薄膜工艺。
[0033]产品装配中，陶瓷基片使用380°C合金共晶烧结于壳体上，晶体管芯片、电感、电阻采用导电胶粘接，芯片元件粘接后进行引线键合。产品测试完成后，盖板与腔体采用平行封焊工艺焊接，以保证其密封性。
[0034]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进 和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种微波PIN驱动器，包括驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路，驱动输出控制电路、加速开启电路、加速关闭电路和滤波电路依次连接，其特征在于，所述的驱动输出控制电路中两只P型MOS型场效应管并联在一起，第一场效应管(Ql)和第二场效应管(Q2)的输入端连接至高电平(V+)，第一场效应管(Ql)和第二场效应管(Q2)的栅极通过输入隔离电阻(R2)与外控电压(Vc)相连，在输入隔离电阻(R2)与高电平(V+)间连接有上拉电阻(R1)，第一场效应管(Ql)和第二场效应管(Q2)的漏极通过第一限流电阻(R3)、通道电感(LI)和第二限流电阻(R4)依次相连后连接到驱动输出(Vo)，并且第一场效应管(Ql)和第二场效应管(Q2)的漏极通过第一限流电阻(R3)和第三限流电阻(R5)连接至低电平(V-)。
2.根据权利要求1所述的微波PIN驱动器，其特征在于，所述的加速开启电路采用NPN型的第一三极管(Q3)将其集电极连接到第一场效应管(Ql)和第二场效应管(Q2)的漏极，第一三极管(Q3)的基极连接在第一限流电阻(R3)和通道电感(LI)之间，第一三极管(Q3)的的发射极连接在通道电感(LI)和第二限流电阻(R4)之间。
3.根据权利要求1所述的微波PIN驱动器，其特征在于，所述的加速关闭电路采用PNP型的第二三极管(Q4)将其基极连接在第三限流电阻(R5)和通道电感(LI)之间，第二三极管(Q4)的发射极通过第二限流电阻(R4)连接至驱动输出(Vo)。
4.根据权利要求1所述的微波PIN驱动器，其特征在于，所述的滤波电路在高电平(V+)上增加第一滤波储能电容(Cl)来减小正电源的波动，在低电平(V-)上增加第二滤波储能电容(C2)和第三滤波储能电容(C3)来减小负压波动。
5.根据权利要求1所述的微波PIN驱动器，其特征在于，所述微波PIN驱动器的壳体选用可伐材料，壳体镀金，电路基片采用陶瓷材料制作，场效应管、三极管、电感和电阻采用导电胶粘接，芯片元件粘接后进行引线键合。
【文档编号】H03K17/687GK203596807SQ201320713848
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】李自元 申请人:成都亚光电子股份有限公司