JP7245249B2 - 低出力ｐｉｎダイオードドライバ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本特許協力条約（ＰＣＴ）出願は、その内容全体が、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１８年１月１１日に出願され、「Ｔｒｉｐｌｅ Ｓｕｐｐｌｙ Ｐｉｎ Ｄｉｏｄｅ Ｄｒｉｖｅｒ」と題された、米国特許出願第６２／６１６，３０３号に関し、その優先権を主張する。

本開示の実施形態は、概して、ダイオードドライバ回路に関し、より具体的には、例えば、高速スイッチング用途の間のＰＩＮダイオードからの電力消費量を低減させるために、より高い逆バイアス電圧が後に続く、より低い逆バイアス電圧を採用する、ＰＩＮダイオードドライバに関する。

ＰＩＮダイオードは、多くの異なる用途において使用されている。１つの特定の実施例では、ＰＩＮダイオードは、整合ネットワーク内で使用され、負荷のインピーダンスを、高出力無線周波数発生器が、電力を送達し得る、インピーダンスに整合させ得る。具体的な使用法にかかわらず、ＰＩＮダイオードの高速スイッチングは、スイッチ周期毎に高い電力消費量を伴い得、これは、複数のＰＩＮダイオードを使用するデバイス内で悪化する。とりわけ、これらの観察を念頭において、本開示の側面が、想起された。

本開示の実施形態は、概して、無線周波数（ＲＦ）スイッチング回路のためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、高速、高繰り返しレート、および／または高出力用途のためのＰＩＮダイオードドライバ回路のためのシステムおよび方法に関する。一実施例では、ドライバ回路は、ＰＩＮダイオードに提供される、二重電圧逆バイアスであって、第１の比較的により低い電圧の電力供給源および第２の比較的により高い電圧の電力供給源によって提供され得る、二重電圧逆バイアスを含む。順バイアス電流が、いくつかの実施例では、第３の電力供給源によって提供され得る。

実施形態はさらに、ＰＩＮダイオードの逆バイアスにあるとき、第１の逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに接続することを伴う、ＰＩＮダイオードを駆動する方法を伴う。第１の逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに接続した後、かつＰＩＮダイオードを順バイアスする前に、本方法はさらに、第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに接続することを伴う。第１の逆バイアス電圧は、例えば、１つのみの大きな逆バイアス電圧を展開する、従来のＰＩＮダイオードと比較して、全体的電力消費量を低減させるために、第２の逆バイアス電圧におけるＰＩＮダイオードの逆バイアスの間より低い電圧において、ＰＩＮダイオードの真性層を放電させるためのものである。

別の実施形態は、ＰＩＮダイオードと動作可能に結合される、電力供給源であって、第１の逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに、かつ第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧を、ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間にＰＩＮダイオードに連続的に提供する、電力供給源を備える、ＰＩＮダイオードドライバ回路を伴う。一実施例では、電力供給源は、第１の電圧電力供給源と、第２の電圧電力供給源とを含む。電力供給源はさらに、第１のスイッチングデバイスが、閉鎖された状態に構成されると、順バイアス電流供給源をＰＩＮダイオードに接続する、第１のスイッチングデバイスであって、順バイアス電流は、順バイアス電流をＰＩＮダイオードに提供し、ＰＩＮダイオードを順バイアスする、第１のスイッチングデバイスと、第１の位置と第２の位置との間で切り替え可能に構成可能な、少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスであって、第１の位置は、第１の低電圧供給源をＰＩＮダイオードに接続し、ＰＩＮダイオードを逆バイアスし、第２の位置は、第２の電圧供給源をＰＩＮダイオードに接続し、ＰＩＮダイオードを逆バイアスする、少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスとを含む。

別の実施形態は、コンデンサと結合される、ＰＩＮダイオードと、順バイアス供給源をＰＩＮダイオードに接続し、ＰＩＮダイオードを順バイアスするように構成される、第１のスイッチと、第２の逆バイアスレベルが後に続く、第１の逆バイアスレベルにおける、少なくとも１つの逆バイアス供給源をＰＩＮダイオードに接続するように構成される、第２のスイッチとを備える、可変リアクタンス要素を備える、可変インピーダンス整合ネットワークを伴う。一実施例では、第１の逆バイアスレベルは、第１の逆バイアス電圧であり、第２の逆バイアスレベルは、第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧である。

本開示のこれらおよび他の側面および実施形態が、さらに下記に議論および説明される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ＰＩＮダイオードを駆動する方法であって、
ＰＩＮダイオードの逆バイアスにおいて、第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続することと、
前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続した後、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスする前に、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続することと
を含む、方法。
（項目２）
前記第１の逆バイアス電圧は、全体的電力消費量を低減させるために、前記第２の逆バイアス電圧における前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間より低い電圧において、前記ＰＩＮダイオードの真性層を放電させるためのものである、項目１に記載の方法。
（項目３）
第１のスイッチングデバイスを閉鎖し、前記ＰＩＮダイオードを通して順バイアス電流を伝送し、順バイアス動作状態において前記ＰＩＮダイオードを駆動することと、
前記第１のスイッチングデバイスを開放し、前記ＰＩＮダイオードから前記順バイアス電流を除去することと、
前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスにおいて、
第１の構成へと第２のスイッチングデバイスを構成することであって、前記第１の構成は、第１の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに印加する、ことと、
第２の構成へと前記第２のスイッチングデバイスを構成することであって、前記第２の構成は、第２の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記第２の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに印加する、ことと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記第１の逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記第１の逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、項目３に記載の方法。
（項目６）
前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて、前記第１の逆バイアス電圧および前記第２の逆バイアス電圧のうちの少なくとも一方を調節することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、項目１に記載の方法。
（項目８）
ＰＩＮダイオードドライバ回路であって、
ＰＩＮダイオードと動作可能に結合される電力供給源であって、前記電力供給源は、第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧を、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に前記ＰＩＮダイオードに連続的に提供する、電力供給源
を備える、ＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目９）
前記電力供給源は、第１の電圧電力供給源と、第２の電圧電力供給源とを含み、さらに、
第１のスイッチングデバイスであって、前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが、閉鎖された状態に構成されると、順バイアス電流供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記順バイアス電流は、順バイアス電流を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスする、第１のスイッチングデバイスと、
少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスであって、前記少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスは、第１の位置と第２の位置との間で構成可能であり、前記第１の位置は、第１の低電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを逆バイアスし、前記第２の位置は、前記第２の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを逆バイアスする、少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスと
を備える、項目８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１０）
前記ＰＩＮダイオードに対する前記第１の低電圧供給源は、前記ＰＩＮダイオードを第１のレベルに逆バイアスするためのものであり、前記ＰＩＮダイオードに対する前記第２の電圧供給源は、前記ＰＩＮダイオードを前記第１のレベルより大きい第２のレベルに逆バイアスするためのものであり、前記第１のレベルおよび前記第２のレベルは、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に連続的に生じる、項目９に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１１）
前記第２のレベルは、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間、かつ前記ＰＩＮダイオードの連続する順バイアスに先立って、前記第１のレベルに続く、項目１０に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１２）
前記電力供給源は、マルチレベル電力供給源であり、前記マルチレベル電力供給源は、前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記第１の逆バイアス電圧より大きい前記第２の逆バイアス電圧を、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に前記ＰＩＮダイオードに連続的に提供する、項目８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１３）
低逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、高逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、項目１２に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１４）
低逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、高逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、項目１２に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１５）
前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、項目８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１６）
前記第１の逆バイアス電圧および前記第２の逆バイアス電圧のうちの少なくとも一方は、前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて調節可能である、項目８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
（項目１７）
可変インピーダンス整合ネットワークであって、
可変リアクタンス要素であって、
コンデンサと結合されるＰＩＮダイオードと、
第１のスイッチであって、前記第１のスイッチは、順バイアス供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスするように構成される、第１のスイッチと、
第２のスイッチであって、前記第２のスイッチは、第２の逆バイアスレベルが後に続く第１の逆バイアスレベルにおける少なくとも１つの逆バイアス供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続するように構成される、第２のスイッチと
を備える、可変リアクタンス要素
を備える、可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目１８）
前記第１の逆バイアスレベルは、第１の逆バイアス電圧であり、前記第２の逆バイアスレベルは、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧である、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目１９）
前記順バイアス供給源は、順バイアス電流供給源である、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２０）
前記少なくとも１つの逆バイアス供給源は、マルチレベル電力供給源である、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２１）
前記少なくとも１つの逆バイアス供給源は、前記第１の逆バイアス電圧を提供するための第１の電圧供給源と、前記第２の逆バイアス電圧を提供するための第２の電圧供給源とを備える、項目１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２２）
前記第１の逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、項目１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２３）
前記第１の逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、項目１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２４）
前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、項目１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２５）
前記第１の逆バイアス電圧は、前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて調節可能である、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２６）
前記第１の逆バイアス電圧は、全体的電力消費量を低減させるために、前記第２の逆バイアス電圧における前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間より低い電圧において、前記ＰＩＮダイオードの真性層を放電させるためのものである、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
（項目２７）
前記第２のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴタイプトランジスタを備える、項目１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。

図１Ａ－１Ｂは、２つの従来の二重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路を図示する。

図２Ａ－２Ｂは、ＰＩＮダイオード等価回路を図示する。

図３Ａ－３Ｂは、２つの例示的三重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路を図示する。

図４Ａ－４Ｂは、三重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路の２つの例示的実装を図示する。

図５Ａ－５Ｂは、三重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路の２つのさらなる例示的実装を図示する。

図６Ａは、ＰＩＮダイオードドライバ回路が利用され得る、インピーダンスを、ＲＦ発生器等の電力供給源とプラズマ負荷等の負荷との間で整合させるために使用される、整合ネットワークの実施例である。

図６Ｂは、整合ネットワークの可変コンデンサ要素の実施例である。

図７は、電力供給源を制御し、高速、高繰り返しレート、高出力用途のためのＰＩＮダイオードドライバ回路を制御するための方法である。

図８は、本開示の実施形態を実装することにおいて使用され得る、コンピューティングシステムの実施例を図示する略図である。

ＰＩＮダイオードは、高濃度ｐ型半導体領域（Ｐ）と高濃度ｎ型半導体領域（Ｎ）との間に挟入される、非ドープまたは低濃度の真性（Ｉ）半導体領域を伴う、故に、呼称「ＰＩＮダイオード」の電気ダイオードデバイスである。一般に、ＰＩＮダイオードは、低周波数入力信号において従来のダイオード挙動に従うが、より高い周波数入力信号においては、順バイアスされた、またはオン状態では、レジスタとして動作し、逆バイアスされた、またはオフ状態では、小コンデンサとして動作する。したがって、ＰＩＮダイオードは、多くの場合、高絶縁および低損失が、所望される、減衰器、高速スイッチ、無線周波数（ＲＦ）用途、および高電圧電子用途において利用される。１つの特定の実装では、ＰＩＮダイオードは、高出力ＲＦ発生器が、効率的に電力を送達し得るように、プラズマ負荷の変化する負荷インピーダンスを所望されるインピーダンス（例えば、５０オームまたは７０オーム）に整合させるように構成される、インピーダンス整合ネットワークにおいて使用される。そのような実装では、ＰＩＮダイオードは、リアクタンスコンポーネント、典型的には、インピーダンス整合ネットワークのコンデンサを接続または接続解除し、ネットワークの中および外のリアクタンス要素をスイッチングすることによって、整合ネットワークの性質を迅速に改変する役割を果たす。

スイッチング回路内のＰＩＮダイオードは、典型的には、制御された順バイアス電流および逆バイアス電圧を提供する、付随のＰＩＮダイオードドライバ回路またはスイッチドライバを有する。例えば、図１Ａおよび１Ｂは、２つの従来の二重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路１００、１０１を図示する。各回路は、個別のＰＩＮダイオード１０２、１０４を含み、これは、ひいては、例えば、あるタイプのＲＦ回路に接続され得る。各ＰＩＮダイオード１０２、１０４は、２つの電力供給源（回路１００のための供給源１１０および１１４、および回路１０１のための供給源１１２および１１６）によって駆動され、順バイアス電流および逆バイアス電圧を個別のＰＩＮダイオードに提供する。例えば、回路１００では、低電圧順バイアス電流供給源１１０は、スイッチ１１８に直列に接続され、高電圧逆バイアス電圧供給源１１４もまた、スイッチ１２０に接続される。スイッチ１１８が、閉鎖される（およびスイッチ１２０が、開放する）と、順バイアス電流供給源１１０は、順バイアス電流をＰＩＮダイオード１０２に提供する。スイッチ１２０が、閉鎖される（およびスイッチ１１８が、開放される）と、逆バイアス電圧供給源１１４は、ＰＩＮダイオード１０２を横断して逆バイアス電圧を提供する。同様に、回路１０１では、高電圧逆バイアス電圧供給源１１６が、スイッチ１２２に直列に接続され、スイッチ１２２が、閉鎖されると、ＰＩＮダイオード１０４を横断して逆バイアス電圧を提供し、低電圧順バイアス電流供給源１１２は、スイッチ１２４が、閉鎖されると、順バイアス電流をＰＩＮダイオード１０４に提供する。回路１００、１０１内のインダクタ１０６、１０８は、インダクタであり得るが、また、より一般的に、低周波数において直流（ＤＣ）電流を通過させるが、ＲＦ回路によってＰＩＮダイオード１０２、１０４に印加されるＲＦ周波数を抑制する、任意の回路を表象することが意図される。位置１０６、１０８にあり得るタイプの回路の実施例は、ＲＦチョーク、並列共振ＬＣタンクまたは複数のタンク、４分の１波長（ＲＦ周波数）伝送線路等を含む。

実施例として回路１００を参照すると、ＰＩＮダイオードドライバ回路の動作が、ここで説明される。ＰＩＮダイオード１０２を順バイアスするために、スイッチ１１８が、閉鎖され、スイッチ１２０が、開放している。低電圧電流供給源１１０は、順バイアス電流をＰＩＮダイオード１０２に提供する。ＰＩＮダイオードが、順バイアスされると、ダイオード１０２のＰ領域材料からの正孔およびＮ領域材料からの電子が、挟入されたＩ領域材料の中に注入される。ダイオード１０２内の電荷が、瞬時に再結合することができないため、正味電荷は、キャリア寿命として公知である、時間量にわたって、Ｉ領域内に蓄えられる。ダイオードは、したがって、ＲＦ周波数において有効な「オン」抵抗値を伴う、レジスタとして作用する。等価順バイアス回路２０２が、図２Ａに図示される。

ＰＩＮダイオード１０２を逆バイアスするために、スイッチ１１８が、開放され、スイッチ１２０が、閉鎖され、逆バイアス電圧を高電圧逆バイアス電圧供給源１１４からＰＩＮダイオードに提供する。逆バイアス動作の間に、ＰＩＮダイオード１０２は、小静電容量によって分岐される大レジスタの等価回路（図２Ｂの２０４）を有する。ＰＩＮダイオード１０２の側面を変動させることによって、種々の順バイアス抵抗および逆バイアス静電容量が、種々の文脈における具体的な用途のために達成され得る。

従来のＰＩＮダイオードドライバ回路１００、１０１に関わる潜在的な性能問題は、そのようなＰＩＮダイオードドライバが、高速、高繰り返しレート、および／または高出力用途において使用されると、大量の電力を消費し得ることである。例証の目的のために、ＰＩＮダイオード１０２が、３～３０ＭＨｚの範囲に及ぶ周波数を伴う高出力用途において使用されると、ＰＩＮダイオード１０２は、順バイアス電流供給源１１０からの１アンペアで順バイアスされ、逆バイアス電圧供給源１１４からの１，５００Ｖで逆バイアスされ得る。そのような用途における典型的ダイオードのためのキャリア寿命は、約１２μｓであり得る。順バイアスされた（オン）状態から逆バイアスされた（オフ）状態に迅速に（例えば、キャリア寿命より短い時間周期で）スイッチングするために、ダイオードから除去されなければならない電荷は、順電流とキャリア寿命との積である傾向にある。直前に参照される実施例では、１２μＣの電荷が、除去され、順バイアスされた状態から逆バイアスされた状態にスイッチングさせることになる。本電荷が、高電圧電力供給源１１４によって除去される場合、費やされるエネルギーは、電力供給源電圧と電荷との積、すなわち、１，５００Ｖ×１２μＣ＝１８ｍＪである。本動作が、高繰り返しレートで実施される場合、要求される電力は、多くのタイプの用途に関して法外なものになり得る。例えば、ＰＩＮダイオード１０２の動作が、１０ｋＨｚの繰り返しレートで実施されることになる場合、本実施例における高電圧電力供給源１１４からの電力は、１８ｍＪ×１０ｋＨｚ＝１８０Ｗである。

ＰＩＮダイオード１０２の動作に関連する、そのような高速、高繰り返しレート、および／または高出力ＲＦ用途において消費される電力を低減させるための１つの解決策は、少なくとも１つの付加的な電力供給源を使用し、高電圧逆バイアスを印加する前に、逆バイアス電圧より低い電圧において、ダイオードを「オン」状態から「オフ」状態に回復させることである。図３Ａ－３Ｂは、図１Ａ－１Ｂのダイオード構成ドライバ回路１００、１０１に対応する、２つの例示的三重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路３００、３０１を図示する。しかしながら、図３Ａ－３Ｂのドライバ回路３００、３０１は、それぞれが、低電圧逆バイアスを個別のＰＩＮダイオード３０２、３０４に提供する、付加的な個別の電力供給源３２６、３２８を含む。ＰＩＮダイオード３０２または３０４に低逆バイアス電圧を印加することによって、ダイオードは、従来のＰＩＮダイオードドライバより低い電圧において、「オン」状態から「オフ」状態に（または順バイアスから逆バイアスに）回復し（真性層電荷が、除去される）、それによって、他の利点の中でもとりわけ、より少ない電力を消費する。

特に、図３Ａを参照すると、ドライバ回路３００は、種々の可能性として考えられるタイプのＲＦ回路または他の回路に接続される、または別様にその中に統合され得る、ＰＩＮダイオード３０２を含む。本明細書に議論されるＲＦ回路用途では、回路はさらに、ＤＣおよび低周波数を通過させるが、ＲＦ回路によってＰＩＮダイオードに印加されるＲＦ周波数を抑制する、代表的なインダクタンス３０６または他の形態の回路を含んでもよい。ドライバ回路はさらに、スイッチ３１８に接続され、スイッチ３１８が、閉鎖された状態で、順バイアス電流をＰＩＮダイオードに提供する、低電圧順バイアス電流供給源３１０を含む。

回路はさらに、スイッチ３２０に接続され、逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに提供する、高電圧逆バイアス電圧供給源３１４を含む。

図１Ａおよび１Ｂに図示されるドライバ回路と異なり、ドライバ回路３００、３０１は、付加的な電力電圧供給源３２６、３２８を含み、低電圧逆バイアス電圧を個別のＰＩＮダイオード３０２、３０４に提供する。図３Ａを参照すると、順バイアス電流供給源３１０は、上記で議論されるように、ＰＩＮダイオード３０２に提供され、デバイスを順バイアスする。しかしながら、ＰＩＮダイオード３０２を逆バイアスするために、低電圧逆バイアス供給源３２６と高電圧逆バイアス供給源３１４との組み合わせが、使用される。より具体的には、１つの具体的な実施例では、スイッチ３２０が、ＰＩＮダイオード３０２を逆バイアスするとき、低電圧逆バイアス供給源３２６と高電圧逆バイアス供給源３１４との間で選択するために使用されてもよい。スイッチはまた、順バイアス電流供給源が、接続されると、両方の逆バイアス供給源をオフにスイッチングしてもよい。第１の構成では、順バイアス電流が、オフにスイッチングされると、スイッチ３２０は、最初に、低電圧逆バイアス供給源３２６をＰＩＮダイオード３０２に接続する。逆バイアス動作では、第１の構成は、低電圧真性層の電荷除去を提供する。ある時間の後、スイッチ３２０は、高電圧逆バイアス供給源３１４をＰＩＮダイオード３０２に接続し、高電圧逆バイアス信号を提供する、第２の構成に配向されてもよい。

ＰＩＮダイオードが、高電圧逆バイアス供給源に接続する前に、低電圧逆バイアス供給源に接続される時間は、概して、ＰＩＮダイオードの真性領域内に蓄えられる電荷の全てではない場合でも、その大部分が、高電圧電力供給源に接続する前に除去されるように選定される。本時間は、電荷を除去するために使用される逆電流のレベルに依存する。高電流レベルおよび迅速なスイッチングに関して、除去されるべき総電荷は、ＰＩＮダイオードを逆バイアスし始める直前の順電流×キャリア寿命にほぼ等しい。数字上の実施例を用いて例証するため、かつ図３Ａを参照して、第１の（例えば、低）電圧逆バイアス電圧が、１５Ｖであると仮定すると、代表的インダクタ３０６は、２μＨの値を伴うインダクタであり、順バイアス電流は、１Ａであり、キャリア寿命は、１２μｓである。これらの値を用いて、電荷を除去するための時間は、約１．８μｓであって、その時間の間、逆電流は、ＰＩＮダイオード電荷分布の詳細特性を無視すると、約１３．５Ａまで増加するであろう。本タイプのドライバの詳細分析は、低電圧電力供給源を使用して電荷全てを除去することは、殆ど可能ではないことを示す。殆どの場合、電荷は、Ｉ領域内に残存する電荷のさらなる有効な除去を遮断する、Ｐ－ＩまたはＩ－Ｎ界面において完全に除去されるであろう。本挙動にもかかわらず、有意な電力が、本アプローチを使用して節約されることができる。図示される実施例では、第１の逆電圧供給源は、第２の（例えば、より高い１，５００ボルトにおける）逆電圧供給源が、ＰＩＮダイオードに接続されると、接続解除される。高電圧逆バイアス供給源が接続されるとき、低電圧逆バイアス供給源の接続解除が、下記に示されるようなダイオードを用いて実施され得る。図３Ｂの実施例では、第１の逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり得、第２の逆バイアス電圧は、約－１，５００Ｖであり得、類似する電力節約効果を伴う。図３Ｂの実施例では、第２の電圧は、これが、第１の電圧（例えば、－１５ボルト）より大きい負の電圧（例えば、－１，５００ボルト）であるため、単純化のために、本明細書において「より高い」または「より大きい」電圧と称される場合がある。

本明細書において議論されるインピーダンス整合ネットワーク等のいくつかのＲＦ回路実装では、ＰＩＮダイオードは、高繰り返しレートにおいて順バイアスされた（オン）状態から逆バイアスされた（オフ）状態にスイッチングされ得る。例えば、いくつかのそのような回路は、ＰＩＮダイオードを、１２μｓのキャリア寿命より急速なレートでＰＩＮダイオードをスイッチングし、インピーダンス整合のためにコンデンサを接続および接続解除し、多くの場合、１０ｋＨｚのレートで繰り返し得る。したがって、図３ＡのＰＩＮダイオードドライバ回路３００のスイッチ３１８、３２０は、制御され、順バイアス供給源と逆バイアス供給源との間で迅速にスイッチングし得る。より具体的には、スイッチ３１８の開放すること、および（低電圧逆バイアス供給源３２６を接続するための）第１の位置と（高電圧逆バイアス供給源３１４を接続するための）第２の位置との間にスイッチ３２０を構成することは、１０ｋＨｚのレートで生じ、そのようなネットワークのための十分なインピーダンス整合性能を提供し得る。スイッチ３１８、３２０が、アクティブ化され、制御されるレートが、ＰＩＮダイオードドライバが接続されるＲＦ回路のタイプに依存し得ることを理解されたい。異なるＲＦ回路が、異なるレートのＰＩＮダイオードスイッチングを利用し得る。しかしながら、多くの場合、ＰＩＮダイオードのスイッチング動作を補助するための第３の低電圧バイアス供給源の使用は、回路の消費電力を低減させ得る。

図示される実施例では、２つの逆バイアス電力供給源が、図示され、一方は、ＰＩＮダイオードの主に電荷除去のための、比較的により低い電圧を提供し、他方は、その主に逆バイアス動作のための、比較的により高い電圧を提供する。多位置スイッチがさらに、供給源間でスイッチングし、両方の供給源を接続解除するように図示される。代替として、２つ以上の電圧設定を伴う電力供給源が、図１Ａに示されるもの等の単位置スイッチと併せて採用されてもよい。そのような配列では、逆バイアス動作の間に、順バイアス電流電力供給源が、オフにスイッチングされ、マルチレベル電力供給源が、ＰＩＮダイオードに接続される。マルチレベル電力供給源は、次いで、最初に、比較的に低い逆バイアス電圧モードに、その後、比較的に高い電圧逆バイアスモードに内部的にスイッチングされてもよい。

２つの逆バイアス電力供給源が、使用されるか、またはマルチレベル逆電力供給源が、使用されるかどうかにかかわらず、ＰＩＮダイオード３０２を順バイアスと逆バイアスとの間でスイッチングし、かつ真性層を放電させるために要求される電力は、図１Ａおよび１Ｂに図示されるもの等の従来のドライバ回路に対して減少される。例えば、ドライバ回路３００の低電圧逆バイアス供給源３２６が、１５Ｖの電力供給源であると仮定する。本供給源３２６を利用し、上記の実施例におけるＰＩＮ３０２ダイオードを回復させるために、ダイオードを回復させるために消費される電力は、（高電圧逆バイアス電圧供給源３１４等の）ダイオードを回復させるために１，５００Ｖの供給源を使用することと比較すると、１００倍低減される。低電圧逆バイアス供給源３２６の使用を通して消費される電力の本低減は、特に、ＰＩＮダイオード３０２を利用する、高速、高繰り返しレート、および／または高出力用途において認識される。倍率１００（２つの電圧の間の比率）は、蓄えられた電荷の全てが、１００分の１の電圧を伴う供給源によって除去されることを仮定した、消費電力の理論上の最大低減量である。

消費電力のそのような大規模な低減は、ＰＩＮダイオードの特性に起因して、いくつかの用途では実現されない場合がある。それにもかかわらず、有意な電力の節約が、本明細書に議論される概念を使用して達成され、種々の例示的回路において反映され得る。有効な電力節約量に関して、低電圧逆バイアス供給源の電圧と高電圧逆バイアス供給源の電圧との間の３～２，０００の比率が、考えられる。現実的なＰＩＮダイオードモデルを使用したシミュレーションは、インダクタ３０６が、６０μＨである、図３Ａの回路に類似する回路を使用して、１．８～４．１の電力節約倍率を予測する。典型的な高出力ＰＩＮダイオードを５マイクロ秒以内にＯＮ状態からＯＦＦ状態にスイッチングさせるために、約１８０Ｖの低電圧供給源および約１，５００Ｖの高電圧供給源を使用して、１．８の電力節約倍率が、予測される。同一のダイオードを２０マイクロ秒以内にスイッチングさせるために、２０Ｖの低電圧供給源を約１，５００Ｖの高電圧供給源とともに使用して、３．３の電力節約倍率が、予測され、同一のダイオードを５０マイクロ秒以内にスイッチングさせるために、１Ｖの低電圧供給源および１，５００Ｖの高電圧供給源を使用して、４．１の電力節約倍数が、予測される。低電圧逆バイアス供給源の最適値は、所望されるスイッチング速度に依存するため、いくつかの用途では、電圧バイアス供給源の一方（例えば、低電圧バイアス供給源）または両方が、可変であり、所望されるスイッチング速度に応じた最適な性能のために調節され得る。

ドライバ回路３０１は、ＰＩＮダイオード３０４を順バイアス条件から逆バイアス条件に駆動するための回路による電力消費量を低減させるために、スイッチ３３０が、第１の時間において低逆バイアス電圧３２８を提供し、かつ第２の時間において高逆バイアス電圧３１６を提供するための、第１の構成を有する、類似の様式で動作する。

図４Ａ－４Ｂは、三重供給源型ＰＩＮダイオードドライバ回路の２つの可能性として考えられる実装を図示する。用語「三重」は、順バイアスと、第１の逆バイアスと、第２の逆バイアスとを含む、ＰＩＮダイオードに印加される、３つの明確に異なるバイアス値を指す。実施例では、３つの明確に異なるバイアス値は、順バイアス電流および関連付けられる供給源、第１の低逆バイアス電圧および関連付けられる供給源、および第２の逆バイアス電圧および関連付けられる供給源、または第１の低逆バイアス電圧および関連付けられるマルチレベル供給源からの第２の逆バイアス電圧であってもよい。

図４Ａは、三重供給源型ダイオードドライバ回路の１つの具体的な実装を図示する。上記に説明される回路と同様に、回路４００は、ある形態のＲＦ回路に接続され得る、ＰＩＮダイオード４０２と、代表的インダクタンス４０６と、スイッチ４１８に接続され、順バイアス電流をＰＩＮダイオードに提供する、低電圧順バイアス電流供給源４１０と、スイッチ４２０に接続され、逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに提供する、高電圧逆バイアス電圧供給源４１４とを含んでもよい。回路４００では、スイッチ４１８およびスイッチ４２０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、特に、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。しかしながら、他のタイプの電子スイッチングデバイスも、開放状態と閉鎖状態との間でスイッチングするために、回路４００において利用され得ることを理解されたい。

回路４００に示されるように、高電圧逆バイアス電圧供給源４１４は、第１のスイッチ４２０を通してＰＩＮダイオード４０２に接続する。スイッチ４２０は、上記に説明されるように、高電圧逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに提供し、ＰＩＮダイオードを逆バイアス状態に駆動するような、類似の様式で動作する、ＭＯＳＦＥＴタイプのスイッチングデバイスであってもよい。加えて、低電圧逆バイアス供給源４２６が、回路４００内に含まれ、低電圧逆バイアス信号をスイッチ４３２の動作を通してＰＩＮダイオード４０２に提供してもよい。別様に議論されるように、第１の逆バイアス電圧は、真性領域内の電荷蓄積を、高電圧供給源４１４と比較して比較的により低い電圧で放電または別様に除去し、それによって、回路によって消費される電力を低減させる役割を果たす。特に、スイッチ４２０およびスイッチ４３２の動作を通して、ドライバ回路４００は、低電圧逆バイアス供給源４２６から「オフ」状態にスイッチングするとき、最初に、低電圧逆バイアス信号をＰＩＮダイオードに供給し、高電圧逆バイアス供給源４１４からの高電圧逆バイアス信号が、後に続いてもよい。すなわち、第１の比較的により低い逆バイアス電圧が、第２の比較的により大きい逆バイアス電圧を接続することに先立って接続される。スイッチ４３２が、低電圧逆バイアス供給源４４６とダイオード４３４との間に直列に接続され、第３のスイッチ４３２が、閉鎖された状態にあり、スイッチ４１８および４２０が、開放状態にあるとき、低電圧逆バイアス信号をＰＩＮダイオード４０２に提供してもよい。ＭＯＳＦＥＴが、ボディダイオードを有するため、ダイオード４３４は（同様に、図４Ｂの４３８も）、スイッチ４２０をオンにするとき、スイッチ４３２のボディダイオードが導通することを防止し、低逆供給源と高逆供給源との間の短絡回路（ボディダイオードの電圧降下を除く）を防止するように位置付けられる。加えて、スイッチ４１８が、開放されると、ダイオードは、スイッチ４１８および４２０の接合部における電圧が、低電圧逆バイアス供給源４２６の電圧より負に振れ、誘導性素子４０６内の電流の迅速な反転を可能にする。ダイオード４３８も、図４Ｂの回路においてそれが生じることを可能にする。図４Ａに図示される実装は、したがって、スイッチ４３２および４２０およびダイオード４３４を３位置スイッチとして利用する。第１の位置は、スイッチ４３４および４２０が両方とも、オフである（開放している）とき、逆バイアス供給源４２６および４１４の両方を接続解除することに対応する。本位置において、スイッチ４１８は、通常、オンである（閉鎖されている）、または別様に、順バイアス電流供給源をＰＩＮダイオード４０２に接続するように構成されるであろう。第２の位置は、スイッチ４３２が、オンであり、スイッチ４２０が、オフであるとき、低電圧逆バイアス供給源４２６をＰＩＮダイオードに接続させることに対応する。本位置において、スイッチ４１８は、通常、オフであり、ダイオード４３４は、通常、順バイアスされるであろう。第３の位置は、スイッチ４２０が、オンである（導通している）とき、高電圧逆バイアス供給源をＰＩＮダイオードに接続させることに対応する。本位置において、スイッチ４１８は、通常、オフであり、ダイオード４３４は、逆バイアスされるであろう。スイッチ４１８は、低電圧順バイアス電流供給源４１０をＰＩＮダイオードに接続する、またはそれから接続解除するためのスイッチとして作用する。スイッチデバイス４１８、４２０、４３２、およびダイオード４３４の動作を通して、回路４００は、ＰＩＮダイオード４０２を駆動しながら、高速、高繰り返しレート、高出力ＲＦ用途のためにより少ない電力を消費し得る。

第２の実装回路４０１が、図４Ｂに図示される。回路４００と同様に、回路４０１は、任意のタイプのＲＦ回路に接続される、ＰＩＮダイオード４０４と、代表的インダクタンス４０８と、スイッチ４３６に接続され、順バイアス電流をＰＩＮダイオードに提供する、低電圧順バイアス電流供給源４１６と、スイッチ４２４に接続され、逆バイアス電圧をＰＩＮダイオードに提供する、高電圧逆バイアス電圧供給源４１２とを含む。また同様に、低電圧逆バイアス供給源４２８もまた、回路４０１内に含まれ、低電圧逆バイアス信号を提供してもよい。本構成では、低電圧逆バイアス供給源４２８は、ダイオード４３８を通してスイッチ４２４に接続する。また、スイッチデバイス４３０も、スイッチ４２４およびダイオード４３８に接続する。スイッチ４２４および／またはスイッチ４３０の動作またはアクティブ化を通して、低電圧逆バイアス信号または高電圧逆バイアス信号のいずれかが、ＰＩＮダイオード４０４に提供され、ダイオードの逆バイアス動作を駆動する。高電圧逆バイアス信号に先立って低電圧逆バイアス信号を提供することによって、ＰＩＮダイオード４０４を動作させることにおいて消費される電力は、特に、高速、高繰り返しレート、高出力ＲＦ用途のために有意に低減され得る。

図５Ａおよび５Ｂは、それぞれ、電力供給源が、カソードではなく、ＰＩＮダイオードアノードを参照する場合に関して、図４Ａおよび４Ｂのものに匹敵する、本開示の代替の実施形態を図示する。図４Ａおよび４Ｂでは、低電圧逆バイアス供給源４２６および４２８は、例えば、それぞれ、スイッチ４３２およびダイオード４３８に対するＰＩＮダイオードカソードに対して－２０Ｖを提供してもよく、高電圧逆バイアス供給源４１４および４１２は、例えば、それぞれ、スイッチ４２０および４２４に対するＰＩＮダイオードカソードに対して－１，５００Ｖを提供してもよい。図５Ａおよび５Ｂでは、低電圧逆バイアス供給源５２６および５２８は、例えば、それぞれ、スイッチ５３２およびダイオード５３８に対するダイオードアノードに対して＋２０Ｖを提供してもよく、高電圧逆バイアス供給源５１４および５１２は、例えば、それぞれ、スイッチ５２０および５２４に対するダイオードアノードに対して＋１，５００Ｖを提供してもよい。順バイアス電流は、０．１Ａ～１Ａの範囲内であってもよい。多くの用途では、低電圧逆バイアス電力供給源４２６、４２８、５２６、５２８は、例えば、１Ω未満の低い源抵抗を有してもよく、高電圧逆バイアス電力供給源４１４、４１２、５１４、５１２は、例えば、１，０００Ωの高い源抵抗を有してもよい。低電圧逆バイアス供給源のための低い源抵抗は、スイッチング速度を改良する一方、高電圧逆バイアス供給源のための高い源抵抗は、スイッチングの間のＰＩＮダイオード電圧のオーバーシュートを防止する。

そのような改良されたＰＩＮドライバ回路は、特に、ＲＦ発生器の出力電力が、高いレートで変調され、整合ネットワークが、発生器に整合されたインピーダンスを維持することが予期されるときに、非線形の負荷をＲＦ発生器に整合させる等、そのような整合ネットワークが、複数の状態間で繰り返してスイッチングされる場合に、数十個のそのようなダイオードを有し得る、無線周波数整合ネットワークにおいて有用である。言い換えると、ＰＩＮダイオードを利用する、高速、高繰り返しレート、高出力用途は、本明細書に説明されるように動作される３つ以上の電力供給源を含む、ＰＩＮダイオードのためのドライバ回路を利用することによって消費される電力を有意に低減させ得る。そのような用途では、または別様に、３つ以上の電力供給源は、複数のＰＩＮダイオードドライバ配列の中で共有されてもよい。

図６Ａおよび６Ｂは、ＲＦ発生器等の電力供給源６０２とプラズマ負荷等の負荷６０４との間のインピーダンスを整合させるために使用される、整合ネットワーク６００の実施例と、図６Ａに示される整合ネットワークの可変コンポーネント６１０要素の具体的実施例とを図示する。本実施例では、ネットワークとして一般化された代表的形態で示される、整合ネットワークは、ゼロ以上の固定コンポーネントに加えて、１つ以上の可変コンポーネントを含む、固定コンポーネント６０６と、可変コンポーネント６０８とのいくつかの可能性として考えられる組み合わせを含んでもよい。可変コンポーネントのうちの１つ以上のものが、リアクタンス要素およびスイッチを使用して実装され、リアクタンス要素を回路の中および外にスイッチングすることができる。例えば、可変コンデンサ６１０は、並列の、いくつかの離散したスイッチングされるコンデンサ６１２Ａ－６１２Ｎとして実装されることができる。各スイッチングされるコンデンサは、ＰＩＮダイオードが、本明細書に議論される種々の可能性として考えられる例示的ＰＩＮダイオードドライバ回路６１６のうちの１つによって駆動される、ＰＩＮダイオード６１４Ａ－６１４Ｎに直列に接続される、コンデンサを含んでもよい。本実施例では、ドライバ回路は、ドライバ回路が、個別のＰＩＮダイオードを、２つの異なるレベルで逆バイアスすること、すなわち、第１のより低い電圧レベルで逆バイアスし、ＰＩＮダイオードの真性層を放電させ、第２のより高い電圧レベルが続き、ＰＩＮダイオードを逆バイアスすることを含むという概念を反映する、二重逆バイアス電圧ＰＩＮダイオードドライバと称される。高電圧レベルは、概して、ＰＩＮダイオードを経由するいかなるＲＦ信号の最大振幅より高くあり、動作の間にＰＩＮダイオードを順バイアスすることを回避しなければならず、非常に典型的には、ＰＩＮダイオードの破壊電圧の２分の１、例えば、３，０００Ｖを取り扱い得るダイオードに関しては、１，５００Ｖである。回路はまた、本明細書に図示されるような順バイアス電流供給源を含んでもよい。順バイアス電流供給源は、（出力電流を調整する）真の電流供給源であってもよいが、また、ＰＩＮダイオードに好適なレベルの順電流を提供する、好適なレジスタに直列な電圧源と同程度に単純であってもよい。ＰＩＮダイオードの順電流は、オン状態において、ＰＩＮダイオードの抵抗を決定する。要求される順電流の典型的な値は、０．０１～１Ａである。他の整合ネットワークトポロジもまた、ＰＩＮダイオードを含んでもよい。図示される実施例では、任意の所与のスイッチングされるコンデンサのコンデンサ値は、異なるスイッチングされるコンデンサの値と同一である、またはそれと異なってもよい。スイッチングされるコンデンサを種々の直列または並列の組み合わせに接続し、その種々のスイッチングされるコンデンサが、一部を形成する、所与の可変コンデンサのための所望される値を取得することが、可能である。それにもかかわらず、任意の所与のＰＩＮダイオードを順バイアスすることによって、個別のコンデンサは、整合ネットワークの中にスイッチングされ、逆バイアスするとき、個別のコンデンサは、ネットワークから外にスイッチングされ得る。コンデンサを整合ネットワークの中およびそれから外にスイッチングすることは、整合ネットワークのインピーダンス変換性質を制御し、負荷のインピーダンスを、ＲＦ発生器が電力を効率的に送達し得る、所望されるインピーダンス（典型的には、５０Ω）に整合させる。

図７は、ＰＩＮダイオードドライバ回路を制御し、特に、ＰＩＮダイオードによって種々の組み合わせにスイッチングされる多くのコンデンサを使用する、ＲＦ整合ネットワーク等の高速、高繰り返しレート、および高出力ＲＦ用途において、ＰＩＮダイオードの電力消費量を低減させるための方法７００である。方法７００の動作は、プログラマブル論理制御装置、コンピューティングデバイス、処理デバイス、または同等物等のドライバ回路のコントローラによって制御または実施されてもよい。

議論のために、ダイオードが、順バイアス配向から開始すると仮定すると、順バイアス電流が、最初にＰＩＮダイオードに印加され得る（動作７０２）。図３Ａに戻って参照すると、例えば、ドライバ回路３００の第１のスイッチ３１８が、閉鎖位置にあり、順バイアス電流供給源をＰＩＮダイオードに接続し、第２のスイッチ３２０が、第１の位置にあり、両方の逆バイアス供給源を接続解除する。特に、制御回路またはデバイスが、スイッチアクティブ化信号をスイッチ３１８に提供し、スイッチを閉鎖し、スイッチ３２０を第１の位置に置き得る。ＭＯＳＦＥＴが、スイッチである場合、スイッチアクティブ化信号は、ＭＯＳＦＥＴに導通させる（閉鎖させる）ために適切なゲート信号の形態にある。スイッチ３１８を閉鎖することは、低電圧電流信号をＰＩＮダイオード３０２に提供させ、ダイオードを順バイアスする。いくつかの実施形態では、コントローラは、低出力順バイアス電流供給源３１０に制御信号を提供し、電流供給源をアクティブ化させ、電流をＰＩＮダイオードに提供してもよい。

ＰＩＮダイオードは、順バイアス供給源を接続解除し（動作７０４）、第１の比較的により低い電圧を接続し、ＰＩＮダイオードを逆バイアスすること（動作７０６）を開始することによって、オフにされる。したがって、コントローラは、第１のスイッチ３１８を非アクティブ化（または開放）し、ＰＩＮダイオードへの順バイアス電流信号を除去してもよい。さらに、動作７０６において、コントローラは、第２のスイッチ３２０を第２の構成に制御し、低電圧逆バイアス供給源３２６からＰＩＮダイオード３０２に低電圧逆バイアス信号を提供してもよい。ＰＩＮダイオード３０２に提供される低電圧は、ＰＩＮダイオード３０２を逆バイアス状態で動作させ始め得る。初期の低電圧逆バイアスに続いて、比較的により高い電圧逆バイアスが、ＰＩＮダイオードに印加される（動作７０８）。より具体的には、ある後の時間において（但し、典型的には、ＰＩＮダイオードのキャリア寿命に等しい時間が、経過する前に）、コントローラは、信号を提供し、第２のスイッチ３２０を、高電圧逆バイアス電圧供給源３１４をＰＩＮダイオード３０２に接続し、ＰＩＮダイオードを逆バイアス状態にさらに駆動する、第３の構成に変化させてもよい。したがって、図７の方法７００を通して、コントローラは、順バイアス状態と、ＰＩＮダイオードに接続されるＲＦ回路に必要とされるような２つの（または可能性としてそれを上回る）逆バイアス電圧レベルを通した状態との間でＰＩＮダイオード３０２を駆動してもよい。しかしながら、逆バイアス状態においてＰＩＮダイオードを駆動するいくつかの部分のために低電圧逆バイアス供給源３２６を利用することによって、ドライバ回路３００は、他のＰＩＮダイオードドライバ回路より少ない電力を消費し得る。高出力および迅速なスイッチング回路に関して、消費電力におけるそのような節約が、従来のＰＩＮダイオードドライバに優って、ＲＦ用途の性能を大いに改良し得る。

図８は、上記に開示されるネットワークのコンポーネントの実施形態を実装することにおいて使用され得る、コンピューティングデバイスまたはコンピュータシステム８００の実施例を図示するブロック図である。例えば、図８のコンピューティングシステム８００は、上記に議論されるドライバ回路のためのスイッチングデバイスのうちのいずれかに任意の制御信号を提供することに加え、上記に議論される電流または電力供給源のうちのいずれかを制御するための、制御デバイスであってもよい。コンピュータシステム（システム）は、１つ以上のプロセッサ８０２－８０６を含む。プロセッサ８０２－８０６は、キャッシュ（図示せず）の１つ以上の内部レベルと、プロセッサバス８１２との相互作用を指示するための、バスコントローラまたはバスインターフェースユニットとを含んでもよい。ホストバスまたはフロントサイドバスとしても公知である、プロセッサバス８１２が、プロセッサ８０２－８０６をシステムインターフェース８１４と結合させるために使用されてもよい。システムインターフェース８１４が、システム８００の他のコンポーネントにプロセッサバス８１２とインターフェースをとらせるように、プロセッサバス８１２に接続されてもよい。例えば、システムインターフェース８１４は、メインメモリ８１６にプロセッサバス８１２とインターフェースをとらせるための、メモリコントローラ８１８を含んでもよい。メインメモリ８１６は、典型的には、１つ以上のメモリカードと、制御回路（図示せず）とを含む。システムインターフェース８１４はまた、１つ以上のＩ／ＯブリッジまたはＩ／Ｏデバイスにプロセッサバス８１２とインターフェースをとらせるための、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース８２０を含んでもよい。１つ以上のＩ／Ｏコントローラおよび／またはＩ／Ｏデバイスは、図示されるような、Ｉ／Ｏコントローラ８２８およびＩ／Ｏデバイス８３０等のＩ／Ｏバス８２６と接続されてもよい。システムインターフェース８１４はさらに、プロセッサバス８１２および／またはＩ／Ｏバス８２６と相互作用するための、バスコントローラ８２２を含んでもよい。

Ｉ／Ｏデバイス８３０はまた、プロセッサ８０２－８０６に情報および／またはコマンド選択を通信するための、英数字キーおよび他のキーを含む、英数字入力デバイス等の入力デバイス（図示せず）を含んでもよい。別のタイプのユーザ入力デバイスは、プロセッサ８０２－８０６に方向情報および／またはコマンド選択を通信するための、および表示デバイス上でカーソル移動を制御するための、マウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御を含む。

システム８００は、メインメモリ８１６と称される、動的記憶デバイス、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、またはプロセッサ８０２－８０６によって実行されるべき情報および命令を記憶するための、プロセッサバス８１２に結合される、他のコンピュータ可読デバイスを含んでもよい。メインメモリ８１６はまた、プロセッサ８０２－８０６による命令の実行の間に一時変数または他の中間情報を記憶するために使用されてもよい。システム８００は、プロセッサ８０２－８０６に関する静的情報および命令を記憶するための、プロセッサバス８１２に結合される、読取専用メモリ（ＲＯＭ）および／または他の静的記憶デバイスを含んでもよい。図８に記載のシステムは、本開示の側面に従って採用する、または構成され得る、コンピュータシステムの唯一の可能性として考えられる実施例である。

一実施形態によると、上記の技法は、メインメモリ８１６内に含有される、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行するプロセッサ８０４に応答して、コンピュータシステム８００によって実施されてもよい。これらの命令は、記憶デバイス等の別の機械可読媒体からメインメモリ８１６の中に読み取られてもよい。メインメモリ８１６内に含有される命令のシーケンスの実行が、プロセッサ８０２－８０６に本明細書に説明されるプロセスステップを実施させてもよい。代替実施形態では、回路が、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせられて使用されてもよい。したがって、本開示の実施形態は、ハードウェアとソフトウェアコンポーネントとの両方を含んでもよい。

機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読取可能である形態（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）で情報を記憶または伝送するための、任意の機構を含む。そのような媒体は、限定ではないが、不揮発性媒体および揮発性媒体の形態をとり得る。不揮発性媒体は、光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリ８１６等の動的メモリを含む。機械可読媒体の一般的形態は、限定ではないが、磁気記憶媒体、光学記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラマブルメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または電子命令を記憶するために好適な他のタイプの媒体を含んでもよい。

本開示の実施形態は、本明細書に説明される、種々のステップを含む。ステップは、ハードウェアコンポーネントによって実施されてもよい、または命令を用いてプログラムされた汎用目的または特殊目的プロセッサにステップを実施させるために使用され得る、機械実行可能命令に具現化されてもよい。代替として、ステップは、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの組み合わせによって実施されてもよい。

上記の説明は、本開示の技法を具現化する、例示的システム、方法、技法、命令シーケンス、および／またはコンピュータプログラム製品を含む。しかしながら、説明される開示は、これらの具体的な詳細を用いずに実践され得ることを理解されたい。本開示では、開示される方法は、デバイスによって読取可能な命令またはソフトウェアのセットとして実装され得る。さらに、開示される方法のステップの具体的な順序または階層は、例示的アプローチの事例であることを理解されたい。設計選好に基づいて、本方法のステップの具体的な順序または階層は、開示される主題の範囲内に留まりながら、再配列され得ることを理解されたい。付随の方法請求項は、種々のステップの要素をサンプル順序で提示し、必ずしも提示される具体的な順序または階層に限定することを意図していない。

本開示およびその付随する利点の多くのものが、前述の説明によって理解されるはずであると考えられ、種々の変更が、開示される主題から逸脱することなく、またはその実質的な利点の全てを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構成、および配列において成され得ることが明白となるはずである。説明される形態は、説明にすぎず、そのような変更を包含することおよび含むことが、以下の請求項の意図である。

後に続く説明および請求項では、逆バイアス電圧に適用されるときの「より大きい」は、絶対値の意味においてより大きいものとして解釈されるべきである。例えば、この意味では、－１，５００ボルトの逆バイアスは、｜－１，５００｜＞｜－３０｜であるため、－３０ボルトの逆バイアスより大きい。逆バイアス電圧に適用されるときの「低い」および「高い」もまた、絶対値の意味において解釈されるべきである。例えば、この意味では、「低い」逆バイアスは、－１５ボルトであり得る一方、「高い」逆バイアス電圧は、－１，５００ボルトであり得る。

本開示は、種々の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は、例証的であり、本開示の範囲は、それらに限定されないことを理解されたい。多くの変形例、修正、追加、および改良が、可能性として考えられる。さらに一般的には、本開示による実施形態は、特定の実装の文脈において説明されている。機能性は、本開示の種々の実施形態において異なるように分離される、またはブロックに組み合わせられる、または異なる専門用語を用いて説明され得る。これらおよび他の変形例、修正、追加、および改良は、後に続く、請求項において定義されるような本開示の範囲内にあり得る。

Claims (27)

1. ＰＩＮダイオードを駆動する方法であって、
   ＰＩＮダイオードの逆バイアスにおいて、第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続することと、
   前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続した後、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスする前に、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに接続することと
   を含む、方法。
2. 前記第１の逆バイアス電圧は、全体的電力消費量を低減させるために、前記第２の逆バイアス電圧における前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間より低い電圧において、前記ＰＩＮダイオードの真性層を放電させるためのものである、請求項１に記載の方法。
3. 第１のスイッチングデバイスを閉鎖し、前記ＰＩＮダイオードを通して順バイアス電流を伝送し、順バイアス動作状態において前記ＰＩＮダイオードを駆動することと、
   前記第１のスイッチングデバイスを開放し、前記ＰＩＮダイオードから前記順バイアス電流を除去することと、
   前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスにおいて、
   第１の位置へと第２のスイッチングデバイスを構成することであって、前記第１の位置は、第１の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに印加する、ことと、
   第２の位置へと前記第２のスイッチングデバイスを構成することであって、前記第２の位置は、第２の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記第２の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに印加する、ことと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、請求項３に記載の方法。
6. 前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて、前記第１の逆バイアス電圧および前記第２の逆バイアス電圧のうちの少なくとも一方を調節することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、請求項１に記載の方法。
8. ＰＩＮダイオードドライバ回路であって、
   ＰＩＮダイオードと動作可能に結合される電力供給源であって、前記電力供給源は、第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧を、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に前記ＰＩＮダイオードに連続的に提供する、電力供給源
   を備える、ＰＩＮダイオードドライバ回路。
9. 前記電力供給源は、第１の電圧電力供給源と、第２の電圧電力供給源とを含み、さらに、
   第１のスイッチングデバイスであって、前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが、閉鎖された状態に構成されると、順バイアス電流供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記順バイアス電流は、順バイアス電流を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスする、第１のスイッチングデバイスと、
   少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスであって、前記少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスは、第１の位置と第２の位置との間で構成可能であり、前記第１の位置は、第１の低電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを逆バイアスし、前記第２の位置は、前記第２の電圧供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを逆バイアスする、少なくとも１つの第２のスイッチングデバイスと
   を備える、請求項８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
10. 前記ＰＩＮダイオードに対する前記第１の低電圧供給源は、前記ＰＩＮダイオードを第１のレベルに逆バイアスするためのものであり、前記ＰＩＮダイオードに対する前記第２の電圧供給源は、前記ＰＩＮダイオードを前記第１のレベルより大きい第２のレベルに逆バイアスするためのものであり、前記第１のレベルおよび前記第２のレベルは、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に連続的に生じる、請求項９に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
11. 前記第２のレベルは、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間、かつ前記ＰＩＮダイオードの連続する順バイアスに先立って、前記第１のレベルに続く、請求項１０に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
12. 前記電力供給源は、マルチレベル電力供給源であり、前記マルチレベル電力供給源は、前記第１の逆バイアス電圧を前記ＰＩＮダイオードに提供し、前記第１の逆バイアス電圧より大きい前記第２の逆バイアス電圧を、前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間に前記ＰＩＮダイオードに連続的に提供する、請求項８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
13. 低逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、高逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、請求項１２に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
14. 低逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、高逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、請求項１２に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
15. 前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、請求項８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
16. 前記第１の逆バイアス電圧および前記第２の逆バイアス電圧のうちの少なくとも一方は、前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて調節可能である、請求項８に記載のＰＩＮダイオードドライバ回路。
17. 可変インピーダンス整合ネットワークであって、
    可変リアクタンス要素であって、
    コンデンサと結合されるＰＩＮダイオードと、
    第１のスイッチであって、前記第１のスイッチは、順バイアス供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードを順バイアスするように構成される、第１のスイッチと、
    第２のスイッチであって、前記第２のスイッチは、第２の逆バイアスレベルが後に続く第１の逆バイアスレベルにおける少なくとも１つの逆バイアス供給源を前記ＰＩＮダイオードに接続するように構成される、第２のスイッチと
    を備える、可変リアクタンス要素
    を備える、可変インピーダンス整合ネットワーク。
18. 前記第１の逆バイアスレベルは、第１の逆バイアス電圧であり、前記第２の逆バイアスレベルは、前記第１の逆バイアス電圧より大きい第２の逆バイアス電圧である、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
19. 前記順バイアス供給源は、順バイアス電流供給源である、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
20. 前記少なくとも１つの逆バイアス供給源は、マルチレベル電力供給源である、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
21. 前記少なくとも１つの逆バイアス供給源は、前記第１の逆バイアス電圧を提供するための第１の電圧供給源と、前記第２の逆バイアス電圧を提供するための第２の電圧供給源とを備える、請求項１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
22. 前記第１の逆バイアス電圧は、約１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約１，５００ボルトである、請求項１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
23. 前記第１の逆バイアス電圧は、約－１５ボルトであり、前記第２の逆バイアス電圧は、約－１，５００ボルトである、請求項１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
24. 前記第２の逆バイアス電圧は、前記第１の逆バイアス電圧の値の３～２，０００倍の範囲を伴う、請求項１８に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
25. 前記第１の逆バイアス電圧は、前記ＰＩＮダイオードのスイッチング周波数に基づいて調節可能である、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
26. 前記第１の逆バイアス電圧は、全体的電力消費量を低減させるために、前記第２の逆バイアス電圧における前記ＰＩＮダイオードの逆バイアスの間より低い電圧において、前記ＰＩＮダイオードの真性層を放電させるためのものである、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
27. 前記第２のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴタイプトランジスタを備える、請求項１７に記載の可変インピーダンス整合ネットワーク。
    

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