Påvirker skifthastigheden for dioder kommunikationsydelsen?

一, Den fysiske essens ved skifthastighed: bæredynamik og parasitiske parametre
Skifthastigheden for en diode bestemmes af både omvendt gendannelsestid (TRR) og forbindelseskapacitansen (CJ), og dens fysiske essens involverer interaktionen mellem bærer rekombinationsprocesser og parasitiske parametre i halvledermaterialer.
Reverse Recovery Time (TRR)
Når dioden skifter fra den ledende tilstand til cutoff -tilstand, er hullerne i P - -typen og elektronerne i N - -typen -regionen til at udslette gennem rekombinationscentret. Den krævede tid til denne proces er TRR, der typisk spænder fra flere hundrede nanosekunder til almindelige ensretterdioder til flere nanosekunder til ultrahastiske genvindingsdioder. F.eks. Er TRR for en 1N4148 switching -diode 4N'er, mens en Schottky -diode kan forkorte TRR til inden for 1N'er på grund af fraværet af opbevaringseffekt af mindretal. I RF -fronten - ende af 5G -basestationer, hvis der anvendes almindelige dioder med TRR =50 ns, vil deres skiftetab tegne sig for mere end 30% af de samlede systemtab, hvilket resulterer i en stigning i signalforvrængning på 15%.
Junction Capacitance (CJ)
Den potentielle barriere -kapacitans dannet af PN -krydset mellem dioden under omvendt forspænding danner en RC lav - pass -filter med det eksterne kredsløb. At tage den høje - hastighedskontaktdiode pakket i 0402 som et eksempel, dens typiske CJ -værdi er 0,2PF, og den ækvivalente impedans i 28 GHz frekvensbåndet er 28 Ω. Hvis kredsløbsimpedansen er 50 Ω, vil det forårsage 12% signalreflektion. I millimeterbølgekommunikation for hver stigning på 0,1pf i CJ vil signalbåndbredden dæmpe med 200 MHz, hvilket direkte begrænser datatransmissionshastigheden.
2, den multidimensionelle virkning af switchhastighed på kommunikationssystemer
1. RF front - ende: signalselektivitet og isolering
I 5G -massive MIMO -systemer skal antennekontakten dioden være nødt til at gennemføre tilstandsskift inden for 100 n. Hvis der anvendes en diode med TRR =20 ns, vil dens isolering falde fra 40dB til 25dB, hvilket resulterer i en stigning på 12DB i krydstal mellem tilstødende antennekanaler og en stigning i bitfejlhastighed (BER) til størrelsesordenen 10 ⁻ ³. I henhold til faktiske testdata fra en bestemt basestationsproducent, efter at have anvendt GaN HEMT -integrerede dioder med TRR =3 NS, blev systemet EVM (fejlvektoramplitude) optimeret fra 4,5% til 2,1%, opfyldte kravene i 3GPP -frigivelse 16 -standard.
2. Optisk kommunikationsmodul: Øjendiagramkvalitet og transmissionsafstand
I det 400 g optiske modul påvirker forbindelseskapacitansen af ​​pin -fotodioden direkte den modtagende følsomhed. Eksperimenter har vist, at når CJ falder fra 1PF til 0,5 pf, falder OSNR (optisk signal til støjforhold) tærskel i en transmissionsafstand på 10 km fra 18dB til 15dB, hvilket svarer til at udvide transmissionsafstanden med 30%. En bestemt optisk modulproducent har opnået 80 km relæfri transmission i C - -båndet ved hjælp af Ingaas pin -dioder med CJ =0.3 PF, med et BER under 10 ⁻¹ ².
3. Power Management: Effektivitet og termisk design
I strømforsyning af switch -tilstand bestemmer switchhastigheden for dioder konverteringseffektiviteten. At tage en 48V/12V DC - DC -konverter som et eksempel, når man bruger en ultrahæt gendannelsesdiode med TRR =50 ns, er effektiviteten 92%; Efter at have skiftet til SIC Schottky -dioder med TRR =5 ns, steg effektiviteten til 96%, og varmeproduktionen faldt med 60%. I datacenterscenariet kan øget effekteffektivitet på en enkelt server med 4% reducere CO -emissionerne med 1,2 ton om året.
3, designoptimeringsvej for høj - hastighedsdiode
1. Materiel innovation: Brede bandgap halvledere bryder gennem fysiske grænser
GAN- og SIC -materialer kan opnå skiftende ydeevne med 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. strukturel optimering: TMBS og JTE -teknologier reducerer parasitiske parametre
En diode med en grøft MOS -barriere Schottky (TMBS) -struktur bruges til at reducere CJ til under 0,1pf gennem en dielektrisk feltplade. Ved en skiftefrekvens på 1MHz er den omvendte gendannelsesladning (QRR) på en 100V/10A TMBS -diode kun 0,5NC, hvilket er 80% lavere end for en plan struktur. Terminaludvidelse (JTE) -teknologi kan øge den omvendte nedbrydningsspænding til over 2 kV og opfylde spændingsbestandighedskravene på 5G Base Station PA -moduler.
3. emballagesynergi: QFN og CSP opnår lav parasitisk induktans
Quad Flat No Pin (QFN) -pakken kan reducere pin -induktansen til 0,5NH, mens chipniveaupakken (CSP) kan opnå 0,2NH -induktans. 0201-størrelsen CSP-pakket diode fra en bestemt producent har et indsættelsestab på kun 0,1 dB i 10 GHz frekvensbåndet, hvilket er 50% højere end den traditionelle SOT-23-pakke.
4, Test og verifikation: Det vigtigste link fra laboratorie til masseproduktion
1. omvendt gendannelsestest
Ved anvendelse af Keysight B1505A halvlederparameteranalysator blev TRR målt ved pultestmetode under betingelserne for 10A -fremadstrøm og -10V omvendt spænding. De målte data fra en 6-tommer Wafer Fab viser, at TRR-distributionsområdet for den samme batch på 1N4148-dioder er 3,8-4,2ns, og standardafvigelsen skal kontrolleres inden for 0,1 N gennem laserindstillingsteknologi.
2. spektral analyse af forbindelseskapacitans
Brug E5072A Network Analyzer til S - parametertest og ekstraher CJ gennem de indlejringsalgoritme. I frekvensområdet på 1MHz-100 GHz skal der etableres en Debye-model for at passe til frekvensresponsen for forbindelseskapacitansen. En bestemt optisk modulproducent opdagede gennem denne teknologi, at en 0,2PF CJ -fejl vil resultere i en indsættelsestabsafvigelse på 0,3 dB i det 25 GHz frekvensbånd.
3. Vurdering af øjenkortkvalitet
I bitfejlhastighedstesteren (BERT) -systemet testes øjenåbning ved hjælp af PRBS31 pseudo - tilfældig kode. En bestemt 5G -basestationsproducent bestemmer, at under 28 GHz bærer og 64QAM -modulation skal øjendiagramhøjden være større end 0,3UI (enhedsinterval), og lukningen skal være mindre end 15%. Efter at have anvendt høje - hastighedsdioder, forbedrede øjendiagramkvaliteten med 20%og opfyldte kravene i 3GPP -standarder.