射频开关是射频信号链中的重要组成部分，主要作用是在射频电路中实现信号的开关功能，广泛用于通信、传感和测试测量等应用。射频开关包括机电继电器开关、手动开关和PIN 二极管开关等。今天我们主要来了解 GaN 半导体在高功率 PIN 二极管开关中的应用。

一、射频开关

射频开关通常用于天线端口的接收或发送信道之间进行切换，在滤波器信道之间进行转换，或在矩阵中用于切换测试信道以进行高通量自动测试或扩展矢量网络分析仪的端口数。射频开关一般可分为以下两类：

机电式射频开关：依靠机械触点，主要用于切换直流和低频信号。

固态射频开关:依靠固态器件来进行操作，即PIN二极管、GaAs FET、高速硅二极管或混合电路等，用于切换高频信号。

固态射频开关使用的开关元件为高速硅、PIN二极管或场效应晶体管（FET），或者为集成硅或FET单片微波集成电路。这些开关元件与电容器，电感器和电阻器等其他芯片组件分立集成于同一电路板上。

PIN 二极管开关具有更高的功率处理能力，而FET类型的开关产品通常具有更快的开关速度。当然，由于固态开关包含活动部件，因此其使用寿命是无限的。同时固态开关的隔离度较高，开关速度极快，电路的耐冲击/振动性较好。

二、GaN 在大功率PIN 二极管开关中的应用

氮化镓（GaN）半导体由于其在高功率和宽带应用中的固有优势，一直是射频/微波行业发展和创新的焦点。与硅（Si）相比，氮化镓（GaN）半导体得益于其材料的宽、直接带隙（WBG）结构、高电子迁移率和高临界场。这使得氮化镓（GaN）器件能够在更小的封装中以相对更高的功率制造，并带来减小无源元件尺寸和降低热管理要求等优势。此外，氮化镓（GaN）器件也倾向于具有相较高的饱和电流。

反射式 SPDT GaN 大功率PIN 二极管开关， DC ~ 6 GHz，最大功率 40 W (+46 dBm)，< 100ns，带散热器，SMA

与硅开关不同，基于氮化镓（GaN）的高功率PIN二极管开关可以设计为达到微波甚至毫米波（mmWave）频率。氮化镓（GaN） PIN二极管开关设计优于其他III/V类半导体技术（如砷化镓（GaAs）或磷化铟（InP））的主要原因之一是氮化镓（GaN）的更高击穿电压降低了堆叠器件以处理更高电压电平的需要。

这对于反射开关尤为重要，因为在50欧姆系统中，即使是几瓦的边际射频功率下，“OFF”设备也必须根据下游组件的电压驻波比（VSWR）处理10伏的射频电压。相反，“ON”开关设备必须处理更高的峰值电流，在类似的水平下，峰值电流可能超过1安培。为了使Si、GaAs或InP器件能够处理这类电压/电流，它们需要多次堆叠。使用氮化镓（GaN） PIN二极管开关，具有高电压的二极管的反向偏置确保开关处于“OFF”状态，并且在高电流水平下工作，可以在“ON”状态下工作时实现更低的导通电阻（RDS_on），而无需过度堆叠器件。

反射式 SPDT GaN 大功率PIN 二极管开关， 500 MHz ~ 6 GHz，最大功率 100 W (+50 dBm)，100ns ， N 型

氮化镓（GaN）技术为PIN二极管带来的另一个优势是更高的宽带性能。其中氮化镓（GaN）器件可以比设计用于处理相同射频功率的其他半导体技术小得多。考虑到整体较小的器件尺寸，相关的寄生电容也相应较小，这通常会带来更好的高频性能。氮化镓（GaN）的更高电压操作能力还允许更高的负载线阻抗，这对于实现宽带输出匹配是理想的。一般来说，PIN二极管开关具有良好的线性度，可以达到非常高的频率，具有良好的功率处理能力。