个人在开关方面的经验有限，我尽量表达固态开关的概念，请理解。
固态开关的结构形式见图 由驱动电路和PIN可以提供管道组和驱动电路PIN适当控制电压和电流，合理设计可提高开关速度。PIN管道是实现微波信号通断的核心部件PIN合理设计微波开关是管道特性的关键。
图1 固态开关及PIN管道的结构形式
我们从skyworks在官网上可以看到典型的裸芯片型PIN管具有图 2所示特征。
图2 PIN典型的管道参数
·正向导通时等效很小的电阻(约1欧欧元@10mA），近似短路。
·PIN反向关闭时，管道等效非常小(约0.2pf@-5V），近似开路
教科书和官网对PIN管道等效电路如图所示 三、详细对PIN管道的特性分析可参考微带电路第八章的内容skyworks《Design With PIN Diodes》及《PIN Diode Basics》的介绍。
图3 PIN在正反相工作时，管道等效电路
使用开关PIN设计开关实际上已经成为反向电容和正向电阻的宽带匹配问题。
从skyworks官网下载封装官网SMP1322-CSP等效电路如图所示 4所示。
图4 带封装的PIN管等效电路
带有封装的PIN管等效电路包含寄生引线电感、包装电感和包装电容器。在精确设计时需要考虑这些寄生效应。低频工作和非精确设计可以忽略不计。
·正向偏置时PIN管道类似短路，串联使用时开关直接连接，并联使用时微波信号流向地球开关断开；反向偏置时PIN管对微波信号近似开路，微波信号串联使用时无法传输关闭，并联使用时微波信号流向负载直接通过；
·扼流电感对微波信号高阻范围的影响PIN合理设计超宽带开关中的扼流电感是管道开关带宽的关键；
·串联PIN焊盘间的耦合会影响关闭隔离度；
·串联管一般安装在PCB在板的焊盘上，导热性相对较差，不适合大功率场合，因此大功率开关一般不使用串联管；并联管的一端一般导电胶直接粘在金属腔上散热，可用于大功率场合。
·PIN固体开关可以实现小功率控制和大功率，特别是当反向偏置工作时，反向偏置电压可以远低于微波信号的峰值，原因计划在第二篇文章中详细说明。
图5 PIN管道的两种使用结构
超宽带固态开关的典型原理图如图所示 6.采用串联结构，公共接口采用串联管，便于开路隔离，并联管可根据隔离要求灵活增加并联管数量。
图6 典型超宽带开关的原理及典型电路结构图
实例选用skyworks的梁氏引线管DSM以8100-000为串联管，APD0805-000作为并联管是简单的SP3T开关设计，两个管道的详细参数如图所示 7所示。
图7 两个PIN管的核心参数
根据PIN建立管道开关时微波信号等效电阻和电容模型SP3T开关电路原理模型见图 8所示。
图8 SP3T开关仿真模型
·考虑到公共节点工作时两个电容并联到地，适合采用高低阻抗低通原理进行匹配，因此在公路上采用高低阻抗枝进行低通匹配。
·第一路工作时，公共节点2、3路的阻抗应保持为开路，因此必须保持图纸 8中蓝色阴影框部分处于高阻抗状态，因此串联管与并联管之间的传输线长度不宜过长，过长会产生串联谐振，影响开关工作。
基于以上两点，设计完成的原理图仿真结果见图 9所示。
图9 SP3T模拟开关原理的结果
在电磁仿真软件中建立模型，根据原理模拟拓扑结构，对开关进行电磁仿真，个人习惯在平面电路上进行平面电路sonnet电磁仿真验证，仿真结构见图 10所示(图中对bonding由于电磁仿真结构中不能添加直接到地的元件，因此必须建立另一个网表仿真文件，在电路中添加并联管的等效特性。
图10 sonnet中开关电磁仿真结构
模拟结果见图 如11所示，可以看到高频约17的仿真图.8GHz串联谐振发生，因此必须减少串联管和并联管之间的传输线长度，以避免谐振，并将长度从2mm调整至1.8mm，再模拟结果见图 12所示。
图11 SP3T开关电磁仿真结果
图12 调整后的SP3T仿真结果
这里的电磁模拟结构不考虑扼流线圈的影响，所以低频段开关也可以工作得很好，但由于扼流线圈的存在，实际开关不能在如此理想的带宽中工作。扼流线圈小，低频段工作受到影响。由于其寄生电容效应高，扼流线圈的设计在实际设计中也非常重要。
作者：赵强
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来源：https://www.rfask.net/article-107.html
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