האם מהירות המיתוג של דיודות משפיעה על ביצועי התקשורת?

一, המהות הפיזית של מהירות המיתוג: דינמיקת מנשא ופרמטרים טפילים
מהירות המיתוג של דיודה נקבעת הן על ידי זמן ההתאוששות ההפוך (TRR) והן על קיבול הצומת (CJ), והמהות הפיזית שלו כרוכה באינטראקציה בין תהליכי רקומבינציה של המנשא לבין פרמטרים טפיליים בחומרים מוליכים למחצה.
זמן התאוששות הפוך (TRR)
כאשר הדיודה עוברת ממצב המוליך למצב הניתוק, החורים באזור P - סוג הסוג והאלקטרונים באזור N - סוגים צריכים להשמיד דרך מרכז השילוב. הזמן הנדרש לתהליך זה הוא TRR, שנע בדרך כלל בין כמה מאות ננו -שניות לדיודות מיישר רגילות למספר ננו -שניות לדיודות התאוששות אולטרה -פסטיות. לדוגמה, ה- TRR של דיודה מיתוג 1N4148 הוא 4Ns, ואילו דיודה שוטקי יכולה לקצר את ה- TRR לתוך 1Ns בגלל היעדר אפקט אחסון של מוביל מיעוט. בחזית ה- RF - סוף תחנות בסיס 5G, אם משתמשים בדיודות רגילות עם TRR =50 ns, הפסדי המיתוג שלהם יהוו יותר מ- 30% מסך הפסדי המערכת, וכתוצאה מכך עלייה של 15% בשיעור עיוות האות.
קיבול צומת (CJ)
קיבול המחסום הפוטנציאלי שנוצר על ידי צומת ה- PN של הדיודה במהלך הטיה הפוכה יוצר מסנן RC נמוך {}}} מעבר עם המעגל החיצוני. נטילת דיודת מתג המהירות- מהירות נארזת ב- 0402 כדוגמה, ערך ה- CJ האופייני שלו הוא 0.2pf, והעכבה המקבילה ברצועת התדר 28GHz היא 28 Ω. אם עכבת המעגל היא 50 Ω, היא תגרום לשתקפות איתות של 12%. בתקשורת גלים של מילימטר, עבור כל עלייה של 0.1pf ב- CJ, רוחב הפס של האות יכריע על ידי 200 מגהרץ, ויגביל ישירות את קצב העברת הנתונים.
2, ההשפעה הרב -ממדית של מהירות המתג על מערכות תקשורת
1. RF חזית - סוף: סלקטיביות של אות ובידוד
במערכות MIMO מאסיביות של 5G, דיודה המיתוג באנטנה צריכה להשלים את המצב של מיתוג תוך 100Ns. אם משתמשים בדיודה עם TRR =20 ns, בידודו יקטן מ- 40dB ל- 25dB, וכתוצאה מכך עלייה של 12dB במפגש בין תעלות אנטנה סמוכות לעלייה בשיעור שגיאת הסיביות (BER) לסדר של 10 ⁻ ³. על פי נתוני הבדיקה בפועל של יצרן תחנת בסיס מסוים, לאחר השימוש בדיודות משולבות של GAN HEMT עם TRR =3 NS, המערכת EVM (משרעת וקטור שגיאה) עברמה אופטימיזציה מ- 4.5% ל- 2.1%, ועומדת בדרישות של 3GPP שחרור 16 תקן.
2. מודול תקשורת אופטי: איכות דיאגרמת עיניים ומרחק שידור
במודול האופטי 400 גרם, קיבול הצומת של פוטודיוד ה- PIN משפיע ישירות על הרגישות המקבלת. ניסויים הראו שכאשר CJ יורד מ- 1PF ל- 0.5PF, סף ה- OSNR (האות האופטי לרעש) במרחק שידור של 10 ק"מ יורד מ- 18dB ל- 15dB, וזה שווה להרחיב את מרחק השידור ב- 30%. יצרן מודול אופטי מסוים השיג שידור חינם של 80 ק"מ בממסר בפס C - באמצעות דיודות סיכות אינגאס עם CJ =0.3 PF, עם BER מתחת ל 10 ⁻ ².
3. ניהול חשמל: יעילות ועיצוב תרמי
בספקי חשמל של מצב מתג, מהירות המיתוג של דיודות קובעת את יעילות ההמרה. לקיחת ממיר DC 48V/12V DC - DC כדוגמה, כאשר משתמשים בדיודה לשחזור UltraFAST עם TRR =50 ns, היעילות היא 92%; לאחר המעבר לדיודות SIC Schottky עם TRR =5 ns, היעילות עלתה ל 96% וייצור החום ירד ב- 60%. בתרחיש של מרכז הנתונים, הגדלת יעילות הכוח של שרת יחיד ב -4% יכולה להפחית את פליטות ה- CO ב -1.2 טון בשנה.
3, נתיב אופטימיזציה של תכנון של דיודת מהירות -}
1. חדשנות חומרית: מוליכים למחצה של פס פס רחב פורצים גבולות פיזיים
חומרי GAN ו- SIC יכולים להשיג ביצועי מיתוג עם TRR<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. אופטימיזציה מבנית: טכנולוגיות TMBS ו- JTE מצמצמות פרמטרים טפיליים
דיודה עם מבנה Schottky (TMBS) Trench MOS (TMBS) משמש להפחתת CJ עד מתחת ל 0.1PF דרך צלחת שדה דיאלקטרי. בתדר מיתוג של 1MHz, מטען ההחלמה ההפוך (QRR) של דיודה 100V/10a TMBS הוא רק 0.5NC, הנמוך ב -80% מזה של מבנה מישורי. טכנולוגיית הרחבת מסוף (JTE) יכולה להגדיל את מתח הפירוק ההפוך ליותר מ- 2kV, ולעמוד בדרישות התנגדות המתח של מודולי PA של תחנת בסיס 5G.
3. סינרגיה אריזה: QFN ו- CSP משיגים השראות נמוכה טפילית
חבילת ה- Quad Flat No No PIN (QFN) יכולה להפחית את השראות ה- PIN ל- 0.5NH, ואילו חבילת מפלס השבב (CSP) יכולה להשיג השראות של 0.2NH. דיודה ארוזת CSP בגודל 0201 מיצרן מסוים יש הפסד הכניסה של 0.1dB בלבד ברצועת התדרים 10GHz, שהיא גבוהה ב -50% מחבילת SOT-23 המסורתית.
4, בדיקה ואימות: קישור המפתח ממעבדה לייצור המוני
1. מבחן זמן התאוששות הפוך
באמצעות מנתח פרמטר מוליכים למחצה מוליכים למחצה, TRR נמדד בשיטת בדיקת דופק בתנאים של זרם קדימה 10A ומתח הפוך -10 וולט. הנתונים שנמדדו מ- Fab Wafer בגודל 6 אינץ 'מראים כי טווח ההפצה של TRR של אותו אצווה של דיודות 1N4148 הוא 3.8-4.2Ns, ויש לשלוט על סטיית התקן תוך 0.1Ns באמצעות טכנולוגיית כוונון לייזר.
2. ניתוח ספקטרלי של קיבול צומת
השתמש במנתח רשת E5072A עבור S - בדיקת פרמטרים וחילוץ CJ באמצעות אלגוריתם DE. בטווח התדרים של 1MHz-100GHz, יש להקים מודל DEBYE שיתאים לתגובת התדרים של קיבול הצומת. יצרנית מודולים אופטית מסוימת גילה באמצעות טכנולוגיה זו כי שגיאת CJ של 0.2pf תביא לסטיית אובדן הכניסה של 0.3dB בפס התדרים 25GHz.
3. הערכת איכות תרשים העיניים
במערכת בודק שגיאות BIT (BERT), פתיחת העיניים נבדקת באמצעות קוד אקראי PRBS31 pseudo -. יצרנית תחנת בסיס מסוימת של 5G קובעת כי מתחת למנשא 28 ג'יגה הרץ ומודולציה של 64QAM, גובה דיאגרמת העיניים חייב להיות גדול מ- 0.3UI (מרווח יחידה) והסגירה חייבת להיות פחות מ- 15%. לאחר השימוש בדיודות מהירות- מהירות, איכות דיאגרמת העיניים השתפרה ב- 20%, ועומדת בדרישות של תקני 3GPP.