簡介

ADG9xx CMOS寬帶開關主要設計用來滿足工業(yè)、科研和醫(yī)用(ISM)頻段 (≥900 MHz) 信號發(fā)射器件的要求。這些器件具有低插入損耗、高端口間隔離度、低失真和低功耗等特性，因而是要求低功耗且能夠處理發(fā)射功率 (最高達16 dBm) 的許多高頻應用的理想解決方案。典型應用包括高速濾波和數(shù)據(jù)路由。

關于各器件 (ADG901,ADG902,ADG904,ADG904R,ADG918,ADG919,ADG936和ADG936R) 的完整特性，可以在數(shù)據(jù)手冊中找到，同時請參考本應用筆記。本應用筆記對有關這些器件的一些常見問題進行了釋疑。ADG9xx器件的完整列表見表1。

表1.ADG 9xx系列的主要規(guī)格特性

吸收式(匹配):具有對地50Ω端接電阻的開關;反射式:具有對地0Ω端接電阻的開關。

常見問題

電源電壓

ADG9xx產(chǎn)品的電源電壓范圍是多少?

AD G9xx是采用CMOS工藝制造的寬帶開關，在最高至1 GHz范圍內(nèi)提供高隔離度和低插入損耗特性。這些器件采用1.65 V至2.75 V供電，且在該電壓范圍具有完整特性。VDD電源應對地完全去禍。ADG9XX評估板的VDD線路上，使用了2個10μF表貼封裝去禍擔電容，其中一個靠近DUT放置，另外還將一個100 pF陶瓷電容。

為發(fā)揮最佳性能，這些器件應當采用何種電源電壓供電?

一般而言，VDD上的電源電壓越高，則性能越佳。從各數(shù)據(jù)手冊的特性圖可以看出，電源電壓越高，插入損耗性能也越強。另外，電源電壓越高，IP3和P1dB也略有改善。但無論VDD是1.65 V還是2.75 V ,隔離度性能的變化則不明顯。泄漏性能和IDD性能在VDD較低時略有改善。

數(shù)據(jù)手冊的“絕對最大額定值”部分顯示VDD對GND為-0.5 V至+4 V,那么這些器件能采用3VVDD電源供電嗎?

這是絕對最大額定值條件，長時間在絕對最大額定值條件下工作會影響器件的可靠性。在使用壽命期間，AD G9xx系列的保證工作電壓范圍為1.65 V至2.75 V，而且其完整特性是針對該電源電壓范圍而提供的。

因此，這些器件可以采用2.75 V以上電源供電，但使用壽命無法得到保證。如上所述，電源電壓越高，器件的性能越佳，但泄漏和IDD這兩種主要特性則會略微變差。

直流性能

這些RF開關的電阻是多少?

信號損耗本質(zhì)上是由導通條件下的開關電阻RON所引入的衰減決定;與源加負載電阻串聯(lián)的開關電阻RON，是在較低的工作頻率時測得的。

圖1.導通電阻與源電壓的關系

ADG9xx系列采用N-溝道MOSFET結構，這種結構與標準開關的NMOS和PMOS FET并聯(lián)結構相比，具有顯著的帶寬優(yōu)勢。帶寬改善的原因在于開關尺寸更小，以及不使用P-溝道MOSFET可以大幅減小寄生電容。ADG9xx的導通電阻變化圖與N-溝道MOSFET結構的預期導通電阻曲線一致。圖1顯示了在這些器件上測得的典型導通電阻RON與輸入信號關系圖。

高關斷隔離度是如何實現(xiàn)的?

對寬帶應用的開關設計人員而言，當信號頻率提高至數(shù)百MHz以上時，寄生電容往往會占據(jù)主導地位，因此要實現(xiàn)開關關斷狀態(tài)下的高隔離度和導通狀態(tài)下的低插入損耗并非易事。

圖2.基于晶體管的典型Tx/Rx開關

ADG 9xx系列跳脫了常見開關拓撲結構的案臼，為關斷(及其相關的雜散信號)添加了對地分流路徑，使得開關在高頻時具有更高的關斷隔離度。圖2顯示，F(xiàn)ET具有聯(lián)鎖指形布局，減小了輸入(RFx)與輸出(RFC)之間的寄生電容，從而提高了高頻時的隔離度并增強了串擾抑制能力。例如，當MN1導通形成RF1的傳導路徑時，MN2關斷且MN4導通，從而消除了RF2上的寄生電容。

為什么關斷隔離性能在較低頻率時(< 1 MHz)會下降?

在較低頻率時，有兩種機制會產(chǎn)生重要影響:一種是寄生二極管可能呈正偏，另一種是分流NMOS器件在應當關斷時可能發(fā)生部分導通現(xiàn)象。

這會影響頻率接近DC時的關斷隔離性能。這些機制將在“功率處理”部分的第二個問題中予以詳細說明，因為它們對低頻時的功率處理能力也有影響。

功率處理

什么是dBm?

dBm是指功率相對于50Ω負載上1mW功率的dB數(shù)。因此對于正弦波信號，0 dBm功率水平為: 224 mV均方根值 = 316 mV峰值 = 633 mV峰峰值。對于其它功率水平，dBm計算公式為:

dBm=10 x log(P/1 mW)=10 x log[(V rms2)/(R x 1 mW)]

其中:

Log為以10為底的對數(shù)。

R為50Ω.

那么什么是7 dBm (5 mW)輸入信號呢?對于50Ω負載，7 dBm信號對應于0.5 V均方根信號，或1.4 V峰峰值(正弦波)。類似地，16 dBm對應于1.4 V均方根或4V峰峰值。

【V P-P=Vrmsx2x&radic;2】

這些器件如何能在無直流偏置電壓的情況下處理7 d8m輸入功率、在0.5 V直流偏置電壓的情況下處理16 d8m輸入功率（如數(shù)據(jù)手冊所示）?

對于7 dBm以上的輸入信號，應用0.5 V直流偏置電壓可以提高正弦波的最低電平，防止信號負的部分被削波或衰減。較小直流偏置電壓可以抵消較低頻率時(<100 MHz)導致功率處理能力降低的兩種效應。

圖3.NMOS結構

NMOS的內(nèi)部結構如圖3所示，由位于P型基板中的兩個N型材料區(qū)組成。因此，N區(qū)與P區(qū)之間形成寄生二極管。當偏置OVDC的交流信號作用于晶體管的源極，并且Vcs大到足以接通晶體管((Vcs>Vr)時，對于輸入波形的負半周的某一部分，寄生二極管可能呈正偏。如果輸入正弦波形低于約一0.6 V，便會發(fā)生上述情況，并且二極管開始接通，導致輸入信號被削波(壓縮)，如圖4所示。該圖顯示了一個100 MHz, 10 dBm輸入信號及相應的100 MHz輸出信號。請注意，輸出信號已被削去頂端了。

圖4.0V直流偏置電壓時的100 MHz, 10 d8m輸人月俞出信號

在低頻時，輸入信號長時間低于-0.6 V電平，這對1 dB壓縮點(P1dB)有較大影響。這就解釋了導致較低頻率時功率處理能力降低的第一種機制。

在較低頻率時，如果分流NMOS器件在應當關斷時卻部分接通，則器件能處理的功率也會較低。這與上文所述寄生二極管部分接通的機制相似。這種情況下，當VcsVr的情況，從而部分接通分流器件。這樣就會將一部分能量分流至地，從而壓縮輸入波形。

在輸入信號大于7 dBm (或5 mW , 50 Ω電阻上存在1.4 V峰峰值) 的情況下使用開關時，對RF輸入信號施加一個較小直流偏置電壓(約0.5 V)便可克服上述兩種機制的影響。其原理是通過提高正弦波輸入信號的最低電平，確保寄生二極管持續(xù)呈反偏，并且在輸入信號的整個周期內(nèi)，分流晶體管的Vcs永遠不會大于Vr，因而保持關斷狀態(tài)。圖5顯示了0.5V直流偏置電壓時100 MHz, 10 dBm輸入功率(50 Ω電阻上存在約2V峰峰值)的輸入與輸出信號圖。圖中清楚顯示出在100 MHz時不再發(fā)生削波或壓縮。

圖5. 0.5V直流偏置電壓的100MHz、10dBm輸入/輸出信號

如何對RF輸入施加直流偏置電壓?

為將通過輸入端上的端接電阻泄漏的電流降至最低，最好將偏置電壓施加在輸出(RFC)端上。這是最佳做法，尤其是針對低功耗便攜式應用，但如果下游電路不能處理這種直流偏置電壓，則可能需要在RF輸出端上應用隔直電容。

可以使用高于0.5V的直流偏置電壓嗎?

圖1顯示導通電阻隨著輸入信號增大而呈指數(shù)式增大。它還顯示高于0.5 V的直流信號會增加開關上的損耗，而且用戶希望導通電阻盡可能小。與標準CMOS開關一樣，作用于開關輸入的信號絕不能超過VDD電源電壓。