Diyotların anahtarlama hızı iletişim performansını etkiler mi?

一, anahtarlama hızının fiziksel özü: taşıyıcı dinamikleri ve parazitik parametreler
Bir diyotun anahtarlama hızı, hem ters iyileşme süresi (TRR) hem de kavşak kapasitansı (CJ) ile belirlenir ve fiziksel özü, yarı iletken malzemelerde taşıyıcı rekombinasyon süreçleri ile parazitik parametreler arasındaki etkileşimi içerir.
Ters Kurtarma Süresi (TRR)
Diyot iletken durumdan kesme durumuna geçtiğinde, p - tip bölgesindeki deliklerin ve N - tip bölgesindeki elektronların rekombinasyon merkezinden yok edilmesi gerekir. Bu işlem için gereken süre, tipik olarak sıradan doğrultucu diyotlar için birkaç yüz nanosaniyeden ultra hızlı geri kazanım diyotları için birkaç nanosaniye arasında değişen TRR'dir. Örneğin, 1N4148 anahtarlama diyotunun TRR'si 4N'dir, Schottky diyot azınlık taşıyıcı depolama etkisinin olmaması nedeniyle TRR'yi 1N'lere kısaltabilir. RF cephesinde - 5g baz istasyonlarının ucunda, TRR =50 ns'li sıradan diyotlar kullanılırsa, anahtarlama kayıpları toplam sistem kayıplarının% 30'undan fazlasını oluşturur ve bu da sinyal bozulma oranında% 15'lik bir artışa neden olur.
Kavşak kapasitansı (CJ)
Ters sapma sırasında diyotun PN kavşağının oluşturduğu potansiyel bariyer kapasitans, harici devre ile bir RC düşük - geçiş filtresi oluşturur. Örnek olarak 0402'de paketlenmiş yüksek - hız anahtarı diyotu alarak tipik CJ değeri 0.2pf ve 28GHz frekans bandındaki eşdeğer empedans 28 Ω'dur. Devre empedansı 50 Ω ise,% 12 sinyal yansımasına neden olur. Millimetre dalga iletişiminde, CJ'deki her 0.1pf'lik artış için, sinyal bant genişliği 200MHz azaltarak doğrudan veri iletim hızını sınırlandıracaktır.
2, anahtar hızının iletişim sistemleri üzerindeki çok boyutlu etkisi
1. RF Front - End: Sinyal Seçiciliği ve İzolasyonu
5G büyük MIMO sistemlerinde, anten anahtarlama diyotunun durum anahtarlamasını 100ns içinde tamamlaması gerekir. TRR =20 ns içeren bir diyot kullanılırsa, izolasyonu 40dB'den 25dB'ye düşecek, bu da bitişik anten kanalları arasında karışıklıkta 12dB'lik bir artışa ve bit hata oranında (BER) 10 ⁻ ³ oranında bir artışa neden olacaktır. Belirli bir baz istasyonu üreticisinin gerçek test verilerine göre, TRR =3 ns ile Gan Hemt entegre diyotları kullandıktan sonra, Sistem EVM (hata vektör genliği), 3GPP sürüm 16 standardının gereksinimlerini karşılayarak% 4.5 ila% 2.1 arasında optimize edildi.
2. Optik İletişim Modülü: Göz Diyagramı Kalitesi ve Şanzıman Mesafesi
400g optik modülde, pim fotodiyotunun bağlantı kapasitansı, alıcı hassasiyeti doğrudan etkiler. Deneyler, CJ'nin 1pf'den 0.5pf'ye düştüğünde, 10km'lik bir iletim mesafesindeki OSNR (optik sinyal / gürültü oranı) eşiğinin 18dB'den 15dB'ye düştüğünü göstermiştir. Belirli bir optik modül üreticisi, Cj =0.3 PF ile InGAAS pin diyotları kullanarak C - bantında 80km röle serbest şanzıman elde etmiştir, BER 10 ⁻ ²'nin altında.
3. Güç Yönetimi: Verimlilik ve Termal Tasarım
Anahtar modu güç kaynaklarında, diyotların anahtarlama hızı dönüşüm verimliliğini belirler. TRR =50 ns ile ultra hızlı bir kurtarma diyotu kullanırken, 48V/12V DC - DC dönüştürücü alarak, verimlilik%92'dir; TRR =5 ns ile SIC Schottky diyotlarına geçtikten sonra, verimlilik% 96'ya yükseldi ve ısı üretimi% 60 azaldı. Veri merkezi senaryosunda, tek bir sunucunun güç verimliliğinin% 4 arttırılması CO ₂ emisyonlarını yılda 1,2 ton azaltabilir.
3, Yüksek - hız diyotunun tasarım optimizasyon yolu
1. Malzeme İnovasyonu: Geniş Bandgap Yarı İletkenler Fiziksel Sınırları Kırıldı
GAN ve SIC malzemeleri TRR ile anahtarlama performansını elde edebilir<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. Yapısal Optimizasyon: TMBS ve JTE teknolojileri parazitik parametreleri azaltır
Bir hendek mos bariyeri Schottky (TMBS) yapısına sahip bir diyot, bir dielektrik alan plakası yoluyla CJ'yi 0.1pF'nin altına indirmek için kullanılır. 1MHz'lik bir anahtarlama frekansında, 100V/10A TMBS diyotunun ters kurtarma yükü (QRR) sadece 0.5NC'dir, bu da düzlemsel yapıdan% 80 daha düşüktür. Terminal Genişleme (JTE) teknolojisi, 5G baz istasyonu PA modüllerinin voltaj direnç gereksinimlerini karşılayarak ters arıza voltajını 2kv'nin üzerine çıkarabilir.
3. Ambalaj sinerjisi: QFN ve CSP düşük parazitik endüktans elde etmek
Quad Flat NO PIN (QFN) paketi pim endüktansını 0.5nh'ye düşürebilirken, Chip seviyesi paketi (CSP) 0.2nh endüktans elde edebilir. Belirli bir üreticinin 0201 boyutu CSP paketlenmiş diyotunun, 10GHz frekans bandında geleneksel SOT-23 paketinden% 50 daha yüksek olan sadece 0.1dB ekleme kaybı vardır.
4, Test ve Doğrulama: Laboratuvardan seri üretime anahtar bağlantı
1. Ters iyileşme süresi testi
Keysight B1505a Semiconductor parametre analizörü kullanılarak TRR, 10A ileri akım ve -10V ters voltaj koşulları altında darbe test yöntemi ile ölçüldü. 6 inç gofretli bir fabdan elde edilen ölçülen veriler, aynı 1N4148 diyot grubunun TRR dağılım aralığının 3.8-4.2ns olduğunu ve standart sapmanın lazer ayar teknolojisi aracılığıyla 0.1ns içinde kontrol edilmesi gerektiğini göstermektedir.
2. Kavşak kapasitansının spektral analizi
S - parametre testi için E5072A Ağ Analizörü kullanın ve DE gömme algoritması yoluyla CJ'yi çıkarın. 1MHz-100GHz frekans aralığında, kavşak kapasitansının frekans tepkisine uyacak bir Debye modelinin oluşturulması gerekir. Bu teknoloji aracılığıyla 0.2pf CJ hatasının 25GHz frekans bandında 0.3dB'lik bir ekleme kaybı sapmasına neden olacağını keşfetti.
3. Göz çizelgesi kalitesinin değerlendirilmesi
BIT hata oranı test cihazı (BERT) sisteminde, göz açılması PRBS31 psödo - rastgele kod kullanılarak test edilir. Belirli bir 5G baz istasyonu üreticisi, 28GHz taşıyıcı ve 64QAM modülasyonunun altında göz diyagram yüksekliğinin 0.3UI'dan (birim aralık) daha büyük olması gerektiğini ve kapatmanın%15'ten az olması gerektiğini öngörür. Yüksek - hız diyotları kullandıktan sonra, göz diyagramı kalitesi 3GPP standartlarının gereksinimlerini karşılayarak%20 arttı.