优化RF调谐电路的性能

在RF电子电路中使用变容二极管有很多方面。变容二极管电路的配置会影响其运行——一些微小的变化可能导致性能的重大差异。

鉴于RF电路并不总是容易优化，有必要确保变容二极管电路利用驱动变容二极管的最佳方法以及最成功的基本电路。

变容二极管（或“变电容”）二极管主要用于射频（RF）电路，以提供可通过改变施加电压来改变的电容。这些类型的二极管通常用于调谐电路，例如无线麦克风和无线电等无线应用中的RF振荡器和滤波器。因此，设计人员应该了解使用非易失数模转换器（DAC）提供用作压控电容器的变容二极管的偏置电压的好处。

变容二极管在反向偏置下工作，在P-N结周围形成一个耗尽区。改变反向偏置的电平会改变耗尽区的厚度，从而改变二极管的有效电容。电压增加会导致电容减小。

变容二极管的标称电容值以及最大和最小电压电平可实现的电容范围。增加偏置电压范围会增加可用的电容范围，但设计人员也可以寻找电容电压比更大的变容二极管。

产生可变偏置电压的便捷解决方案是使用DAC。大多数DAC的输出电压范围为0 V至+5.5 V。但是，如果需要更高的电压偏置，则可以使用高压DAC。但是，在同相配置中使用低成本、高压运算放大器来提供来自公共5.5 V DAC的输出电压电平转换可能更具成本效益。

一些射频功率放大器应用（如GSM和CDMA蜂窝基站、雷达、有线电视和便携式无线电设备）使用LDMOS晶体管。然而，由于漏极-栅极区域的电荷积聚，在固定栅极偏置电压（VGS）的温度范围内，静态电流（IDQ）可能会有明显的漂移。IDQ随栅极偏置电压和温度成比例变化。为了保持高线性度的最大输出功率，IDQ需要在所有工作温度范围内保持恒定。为此，需要在工作期间调整栅极偏置电压以补偿温度变化。在这些类型的应用中，偏置控制电路中可以使用MCP4716或MCP4726等数模转换器（DAC），以将IDQ保持在±4%范围内。

一些简单的RF电路使用变容二极管或变电容二极管来提供电容，该电容可以通过改变施加的电压来改变。这些类型的二极管通常用于调谐电路，例如无线应用中的RF振荡器和滤波器，例如无线麦克风和无线电。

变容二极管在反向偏置下工作，在P-N结周围形成一个耗尽区。改变反向偏置的电平会改变耗尽区的厚度，从而改变二极管的有效电容。电压增加会导致电容减小。变容二极管的标称电容值以及最大和最小电压电平可实现的电容范围。DAC可以为产生可变偏置电压提供方便、经济高效的解决方案。

使用 DAC 确实会引入潜在误差源。变容二极管受到偏置电压任何形式的幅度变化的影响，导致电容发生不希望的偏移。使用微控制器对DAC输出电压进行编程时，可以考虑确定性误差。

应考虑的主要错误来源包括：

• 变容二极管非线性

• 偏移误差

• DAC 积分非线性 （INL）

RF调制也可能由噪声源（可能来自系统中的天线）引起的电压引起。图1显示了压控振荡器的LC-Tank电路部分。该电路允许在无线麦克风或收音机中进行FM调制。在这里，背靠背变容二极管配置将RF调制的影响降至最低。如果注入变化的信号，则一个二极管上的偏置随着另一个二极管的减小而增加，从而保持总电容不变。请注意，两个二极管彼此串联，因此电容是单个变容二极管设置的一半。

为防止RF信号影响调谐电路外部的电路，偏置电压通过隔离电阻或RF扼流圈馈送。

使用DAC偏置变容二极管还有其他好处。例如，多级应用中可以使用多个输出通道DAC器件。或者，四通道DAC中的三个通道可能用于用于低频、中频和高频滤波的单独带通滤波器。第四个输出可用于电路中其他位置的失调电压校准，或者在不使用时关闭。这样就无需设置单独的偏置方案，从而节省了电路板空间并缩短了设计时间。

一些DAC，例如MCP4728，提供非易失性存储器。这使得输出电压电平和通道状态（开/关）等配置数据能够存储在DAC的板载非易失性存储器中。然后，可以将设备重置或在已知状态下上电，从而可以存储预编程的调谐。当发生所需事件或输入时，或者断电并恢复供电时，可以调用此调谐。

使用DAC偏置变容二极管还有其他好处。例如，多输出通道DAC器件可用于多级应用。此外，在四通道DAC中，三个通道可能用于用于低频、中频和高频滤波的单独带通滤波器。第四个输出可用于电路中其他位置的失调电压校准，也可以在不使用时关闭。通过避免设置单独的偏置方案，可以节省空间和设计时间。

MCP4728等一些DAC还提供板载非易失性存储器，可以存储输出电压电平和通道状态（开/关）等配置数据。这使得器件能够复位或上电至已知的设置状态，从而可以存储预编程的调谐。当发生所需事件或输入或断电和恢复供电时，可以调用该曲调

审核编辑：郭婷