Ar diodų perjungimo greitis turi įtakos komunikacijos rezultatams?

一, fizinė perjungimo greičio esmė: nešiklio dinamika ir parazitiniai parametrai
Diodo perjungimo greitis nustatomas tiek atvirkštinio atkūrimo laiku (TRR), tiek jungties talpa (CJ), o jo fizinė esmė apima sąveiką tarp nešiklio rekombinacijos procesų ir parazitinių parametrų puslaidininkių medžiagose.
Atvirkštinio atkūrimo laikas (TRR)
Kai diodas pereina iš laidžios būsenos į ribinę būseną, P - tipo regiono ir N -} tipo regiono skylės turi sunaikinti per rekombinacijos centrą. Šiam procesui reikalingas laikas yra TRR, kuris paprastai svyruoja nuo kelių šimtų nanosekundžių, skirtų paprastiems lygintuvo diodams iki kelių nanosekundžių, kad būtų galima ypač atkurti. Pavyzdžiui, 1N4148 perjungimo diodo TRR yra 4NS, o schottky diodas gali sutrumpinti TRR iki 1NS, nes nėra mažumų nešiklio laikymo efekto. RF fronte - 5G bazinių stočių pabaiga, jei naudojami paprasti diodai su Trr =50 ns, jų perjungimo nuostoliai sudarys daugiau nei 30% visų sistemos nuostolių, todėl signalo iškraipymo greitis padidės 15%.
Junction talpa (CJ)
Potenciali kliūčių talpa, kurią sudaro diodo PN jungtis atvirkštinio paklaido metu, sudaro RC žemą - pravažiavimo filtrą su išorine grandine. Aukšto - greičio jungiklio diodo, supakuoto į 0402 kaip pavyzdį, vartojimas, tipinė jo CJ reikšmė yra 0,2pf, o lygiavertė varža 28 GHz dažnių juostoje yra 28 Ω. Jei grandinės varža yra 50 Ω, ji sukels 12% signalo atspindį. Millimetro bangų ryšyje, kiekvienam padidėjus 0,1 proc. CJ, signalo pralaidumas sumažės 200MHz, tiesiogiai apribodamas duomenų perdavimo greitį.
2, daugialypis jungiklio greičio poveikis ryšių sistemoms
1. RF priekis - pabaiga: signalo selektyvumas ir izoliacija
5G masyviose MIMO sistemose antenos perjungimo diodas turi atlikti būsenos perjungimą per 100NS. Jei naudojamas diodas su Trr =20 NS, jo išskyrimas sumažės nuo 40dB iki 25dB, todėl skersraštyje padidės 12 dB tarp gretimų antenos kanalų ir padidėja bitų paklaidų lygis (BER) iki 10 ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ umą. Remiantis faktiniais tam tikro bazinės stoties gamintojo bandymo duomenimis, naudodamas GAN HEMT integruotus diodus su TRR =3 ns, System EVM (klaidų vektoriaus amplitudė) buvo optimizuota nuo 4,5% iki 2,1%, tenkinant 3GPP 16 -ojo išleidimo standarto reikalavimus.
2. Optinio ryšio modulis: akių diagramos kokybė ir perdavimo atstumas
400 g optiniame modulyje PIN fotodiodo jungties talpa tiesiogiai veikia priėmimo jautrumą. Eksperimentai parodė, kad kai CJ sumažėja nuo 1PF iki 0,5pf, OSNR (optinio signalo ir triukšmo santykis) slenkstis 10 km perdavimo atstumu sumažėja nuo 18dB iki 15dB, tai yra lygiaverčiai perdavimo atstumo prailginimui 30%. Tam tikras optinio modulio gamintojas pasiekė 80 km relės nemokamą transmisiją C - juostoje, naudodamas „Ingaas PIN“ diodus su CJ =0.3 pf, o BER yra mažesnė nei 10 ⁻¹ ².
3. Galios valdymas: efektyvumas ir šiluminis dizainas
„Switch Mode“ maitinimo šaltiniuose diodų perjungimo greitis nustato konversijos efektyvumą. Paimant 48 V/12 V DC - DC keitiklį kaip pavyzdį, kai naudojant ultrafast Recovery Diode su Trr =50 ns, efektyvumas yra 92%; Perėjus į SiC Schottky diodus su Trr =5 ns, efektyvumas padidėjo iki 96%, o šilumos generavimas sumažėjo 60%. Duomenų centro scenarijuje padidinti vieno serverio energijos efektyvumą 4% gali sumažinti išmetamų teršalų kiekį 1,2 tonos per metus.
3, Aukšto - dizaino optimizavimo kelias
1. Medžiagos naujovės: plataus juostos puslaidininkių, peržengiančių fizines ribas
„Gan“ ir „SiC“ medžiagos gali pasiekti perjungimo našumą naudojant 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. Struktūrinis optimizavimas: TMBS ir JTE technologijos sumažina parazitinius parametrus
Diodas su tranšėjos MOS barjeru Schottky (TMBS) struktūra naudojamas CJ sumažinti iki mažesnio nei 0,1pf per dielektrinę lauko plokštelę. 1MHz perjungimo dažniu 100 V/10A TMBS diodo atvirkštinio atkūrimo krūvis (QRR) yra tik 0,5NC, kuris yra 80% mažesnis nei plokštuminės struktūros. Gnybtų išsiplėtimo (JTE) technologija gali padidinti atvirkštinės skilimo įtampą iki daugiau nei 2KV, tenkinant 5G bazinės stoties PA modulių atsparumo įtampos reikalavimus.
3. Pakuočių sinergija: QFN ir CSP pasiekia mažą parazitinį induktyvumą
„Quad Flat No PIN“ (QFN) paketas gali sumažinti kaiščio induktyvumą iki 0,5NH, o lusto lygio paketas (CSP) gali pasiekti 0,2NH induktyvumą. 0201 dydžio CSP supakuoto diodo iš tam tikro gamintojo diodų 10 GHz dažnių juostoje yra tik 0,1 DB, tai yra 50% didesnis nei tradicinis „SOT-23“ paketas.
4, Testavimas ir patikrinimas: pagrindinė nuoroda iš laboratorijos iki masinės gamybos
1. Atvirkštinio atkūrimo laiko testas
Naudojant Keysight B1505A puslaidininkio parametrų analizatorių, TRR buvo matuojamas impulsų bandymo metodu 10A priekinės srovės ir -10 V atvirkštinės įtampos sąlygomis. Išmatuoti duomenys iš 6 colių vaflių Fab rodo, kad tos pačios 1N4148 diodų TRR pasiskirstymo diapazonas yra 3,8–4,2N, o standartinį nuokrypį reikia valdyti per 0,1NS per lazerio derinimo technologiją.
2. Junction talpos spektrinė analizė
Naudokite E5072A tinklo analizatorių S - parametrų testavimui ir ištraukite CJ per DE įterpimo algoritmą. 1MHz-100 GHz dažnių diapazone reikia nustatyti Debye modelį, kad atitiktų jungiamosios talpos dažnio atsaką. Tam tikras optinio modulio gamintojas per šią technologiją atrado, kad 0,2pf CJ klaida leis įterpti 0,3 dB praradimo nuokrypį 25 GHz dažnių juostoje.
3. Akių diagramos kokybės įvertinimas
BIT klaidų lygio testerio (BERT) sistemoje akių atidarymas išbandomas naudojant PRBS31 pseudo - atsitiktinį kodą. Tam tikra 5G bazinės stoties gamintojas nustato, kad esant 28 GHz laikikliui ir 64QAM moduliacijai, akių diagramos aukštis turi būti didesnis nei 0,3ui (vieneto intervalas), o uždarymas turi būti mažesnis nei 15%. Naudojant aukštą - greičio diodus, akių diagramos kokybė pagerėjo 20%, tenkinant 3GPP standartų reikalavimus.