A diódák váltási sebessége befolyásolja -e a kommunikációs teljesítményt?

一, A kapcsolási sebesség fizikai lényege: hordozó dinamika és parazita paraméterek
A dióda váltási sebességét mind a fordított helyreállítási idő (TRR), mind a Junction kapacitás (CJ) határozza meg, és fizikai lényege magában foglalja a hordozó rekombinációs folyamatok és a parazitikus paraméterek közötti kölcsönhatást a félvezető anyagokban.
Fordított helyreállítási idő (TRR)
Amikor a dióda a vezető állapotról a küszöb állapotára vált, a P - típusú lyukak és az N - típusú elektronok el kell szüntetniük a rekombinációs központon keresztül. A folyamathoz szükséges idő a TRR, amely tipikusan több száz nanosekundumotól a szokásos egyenirányító diódákhoz, több nanosekundumig terjed az ultragyorsító diódákhoz. Például az 1N4148 kapcsoló dióda TRR -je 4NS, míg a Schottky dióda a TRR -t 1NS -en belül rövidítheti, mivel a kisebbségi hordozó tárolóhatása nincs. Az RF elülső - 5G bázisállomások végén, ha a TRR =50 NS -vel rendelkező rendes diódákat használják, a váltási veszteségeik a teljes rendszerveszteség több mint 30% -át teszik ki, ami a jel torzulási sebességének 15% -os növekedését eredményezi.
Junction kapacitás (CJ)
A dióda PN -csomópontja által a fordított torzítás során a potenciális gát kapacitása RC alacsony - áthaladási szűrőt képez a külső áramkörrel. Például a 0402 -ben csomagolt magas - sebességváltó diódát véve tipikus CJ -értéke 0,2pf, és a 28 GHz -es frekvenciasávban az ekvivalens impedancia 28 Ω. Ha az áramkör impedanciája 50 Ω, akkor 12% -os jel visszaverést okoz. A milliméteres hullámkommunikációban a CJ minden 0,1PF növekedése esetén a jel sávszélessége 200 MHz -rel csökkent, közvetlenül az adatátviteli sebesség korlátozásával.
2., A kapcsoló sebességének többdimenziós hatása a kommunikációs rendszerekre
1.
Az 5G hatalmas MIMO rendszerekben az antenna -váltási diódának 100NS -en belül be kell fejeznie az állapotváltást. Ha egy TRR =20 NS -vel rendelkező diódát használnak, akkor annak elszigetelése 40dB -ről 25dB -re csökken, ami a szomszédos antennacsatornák közötti áthallásban 12dB növekedést eredményez, és a bit hibaarány (BER) növekedése 10 ⁻ ³ -re. Egy bizonyos bázisállomás -gyártó tényleges tesztadatai szerint a TRR =3 NS Gan Hemt integrált diódákkal történő felhasználása után a rendszer EVM -t (hibavektor amplitúdó) 4,5% -ról 2,1% -ra optimalizáltuk, megfelelve a 3GPP kiadás 16 szabványának követelményeinek.
2. Optikai kommunikációs modul: Szemdiagram minősége és átviteli távolsága
A 400 g optikai modulban a PIN -fotodiod csatlakozási kapacitása közvetlenül befolyásolja a fogadó érzékenységet. A kísérletek kimutatták, hogy amikor a CJ 1PF -ről 0,5PF -re csökken, az OSNR (optikai jel -zaj arány) küszöbérték 10 km átviteli távolságon 18 dB -ről 15dB -re csökken, ami egyenértékű az átviteli távolság 30%-kal történő meghosszabbításával. Egy bizonyos optikai modulgyártó 80 km -es relé -mentes sebességváltót ért el a C - sávban, az Ingaas Pin -diódák felhasználásával, CJ =0.3} pf -vel, a BER 10 ⁻¹ ² alatt.
3. Teljesítménykezelés: Hatékonyság és hőtervezés
A kapcsoló üzemmódban lévő tápegységekben a diódák váltási sebessége határozza meg a konverziós hatékonyságot. Példaként egy 48 V/12 V DC - DC konvertert vegyen be, ha ultragyállító visszanyerési diódát használ, TRR =50 NS -vel, a hatékonyság 92%; Miután a SIC Schottky diódákra váltott, TRR =5 NS -vel, a hatékonyság 96% -ra nőtt, és a hőtermelés 60% -kal csökkent. Az adatközpont forgatókönyve szerint az egyetlen szerver energiahatékonyságának 4% -kal történő növelése évente 1,2 tonnával csökkentheti a kibocsátást.
3, A magas - sebességdióda tervezési optimalizálási útja
1. anyagi innováció: A széles sávú félvezetők áttörik a fizikai korlátokat
A GaN és a SIC anyagok TRR -vel elérhetik a váltási teljesítményt<1ns due to their high electron mobility (GaN: 2000cm ²/V · s) and low dielectric constant (SiC: 9.7). The GaN HEMT integrated diode from a certain manufacturer operates in the 28GHz frequency band, Cj=0.15pF,trr=0.8ns, Supports EVM<1.5% under 64QAM modulation, which is three times higher than traditional Si based devices.
2. Strukturális optimalizálás: A TMB -k és a JTE technológiák csökkentik a parazita paramétereket
A Schottky (TMBS) árok Mos gát (TMBS) szerkezetével rendelkező diódát a CJ 0,1 pf alá csökkentésére egy dielektromos mezőlemezen keresztül. 1 MHz -es kapcsolási frekvencián a 100 V/10A TMBS dióda fordított visszanyerési töltése (QRR) csak 0,5 nc, ami 80% -kal alacsonyabb, mint a síkszerkezeté. A terminál bővítése (JTE) technológia növelheti a fordított bontási feszültséget több mint 2 kV -ra, megfelelve az 5G bázisállomás PA modulok feszültségállósági követelményeinek.
3. Csomagolás szinergia: A QFN és a CSP alacsony parazita induktivitást érnek el
A Quad Flat No PIN (QFN) csomag 0,5 nh -re csökkentheti a PIN -kódot, míg a chipszintű csomag (CSP) 0,2 nh induktivitást érhet el. A 0201 méretű CSP csomagolt dióda egy bizonyos gyártóból csak 0,1 dB beillesztési veszteséget szenved a 10 GHz-es frekvenciasávban, amely 50% -kal magasabb, mint a hagyományos SOT-23 csomag.
4., Tesztelés és ellenőrzés: A laboratóriumtól a tömegtermelésig tartó kulcskapcsolat
1. Fordított helyreállítási idő teszt
A Keysight B1505A Semiconductor paraméter -analizátor alkalmazásával a TRR -t impulzus tesztelési módszerrel mértük 10A előremenő áram és -10V fordított feszültség körülményei mellett. A 6 hüvelykes ostyafab mért adatai azt mutatják, hogy az 1N4148 diódák ugyanazon tételének TRR eloszlási tartománya 3,8-4,2 NS, és a szórást lézeres hangolási technológián keresztül 0,1N-en belül kell szabályozni.
2. A csomópont kapacitásának spektrális elemzése
Használja az e5072a hálózati analizátort az S - paraméter -teszteléshez, és a CJ -t kivonja az algoritmus DE beágyazáson keresztül. Az 1MHz-100 GHz frekvenciatartományban Debye modellt kell létrehozni, hogy illeszkedjen a csomópont kapacitásának frekvenciaválaszának. Egy bizonyos optikai modulgyártó ezen a technológián keresztül felfedezte, hogy egy 0,2PF CJ hiba 0,3 dB beillesztési veszteség -eltérést eredményez a 25 GHz -es frekvenciasávban.
3. A szemdiagram minőségének értékelése
A bit hibaarány -teszter (BERT) rendszerben a szemnyílásot a PRBS31 Pseudo - véletlenszerű kóddal tesztelik. Egy bizonyos 5G bázisállomás gyártója kimondja, hogy a 28 GHz -es hordozó és a 64QAM moduláció alatt a szemdiagrammagasságnak nagyobbnak kell lennie, mint 0,3UI (egység intervallum), és a bezárásnak kevesebbnek kell lennie, mint 15%. A magas - sebességű diódák használata után a szemdiagram minősége 20%-kal javult, megfelelve a 3GPP szabványok követelményeinek.