Hvor meget påvirker lineariteten af ​​pin -dioder kommunikationskvaliteten?

Analyse af lineære egenskaber ved pin -dioden
1. Definition og testmetode for linearitet
Linearitet henviser til graden af ​​lineært forhold mellem udgangssignalet for en enhed og indgangssignalet, normalt kendetegnet ved parametre, såsom 1DB -komprimeringspunkt (P1DB) og tredje - ordre intermodulationsafbrydelse (IP3). Testmetoderne inkluderer dobbelt tone -testning (anvendelse af to lige store amplitude høje - frekvenssignaler) og vektornetværksanalysator -test. Ved at tage Avago HSMP-381X-serien som eksempel kan dens IP3 nå +50 DBM, som er 15 dB højere end almindelige Schottky-dioder.
2. Ikke -lineær generationsmekanisme
Den ikke -linearitet af pin -dioder stammer hovedsageligt fra:
Intrinsisk lagbærer rekombination: bærerens levetid for I -laget er ca. 10N'er, og den ufuldstændige rekombinationsproces under høj - frekvenssignaler fører til ikke -linearitet.
Junction Capacitance Modulation: Når omvendt partisk, ændres forbindelseskapacitansen med spænding, hvilket genererer AM - PM -konvertering under handlingen af ​​RF -signaler.
Termisk effekt: Signaler med høj effekt forårsager en stigning i forbindelsestemperatur med en fremadrettet spændingsfaldshastighed på -2 mV/ grad.
3. påvirkende faktorer
I - Lagtykkelse: jo tykkere i - lag, jo længere er transporttiden og jo lavere er ikke -lineariteten. I - lagstykkelsen på HSMP - 3816 når 10 μ m, og dens linearitet er bedre end enheder med en I-lags tykkelse på 3 μ m.
Bias -strøm: Når den fremadrettede biasstrøm stiger fra 1MA til 10MA, øges IP3 med ca. 6dB.
Temperatur: Inden for et temperaturområde på -40 grad til +85 grad kan IP3 -variationen af ​​enheden nå ± 3DB.
Virkningen af ​​linearitet på kommunikationskvaliteten
1. signalforvrængning
Amplitudeforvrængning: Ikke -lineær forårsager signalkonvolutforvrængning og forringelse af bitfejlhastighed (BER). Under 16QAM -modulation, for hvert 10dB -fald i IP3, øges BER med en størrelsesorden.
Faseforvrængning: Am - PM -konvertering forårsager konstellationsrotation, der påvirker demodulationsydelse. I et 64QAM -system, for hver stigning i fasestøj, forværres EVM med 0,5%.
2. Intermoduleringsinterferens
Tredje orden Intermodulation (IM3): I dobbelt tone -test kan IM3 -produkter falde i det modtagende frekvensbånd. I FDD -basestationer kan forskelfrekvensen mellem IM3 -produkter og lokale oscillatorsignaler forstyrre uplink.
Krydsmodulering (XM): Stærke interferenssignaler moduleres på nyttige signaler gennem ikke -lineære enheder. I WI FI 6E -systemer kan XM -produkter forårsage et 20dB -fald i tilstødende kanalinterferensforhold (ACIR).
3. dynamisk rækkevidde komprimering
1db komprimeringspunkt: Når indgangseffekten overstiger P1DB, bremser udgangseffektvæksten. I radarmodtagere falder den maksimale detekterbare afstand med 6%for hvert 1dB -fald i P1DB med 6%.
Blokeringseffekt: Stærke interferenssignaler mætter den forreste ende af modtageren, hvilket fører til et fald i følsomheden. I 5G NR -systemer kan blokering af signaler forringe følsomheden med 30dB.
Analyse af branchens ansøgning
1. 5 g basisstation RF switch
En bestemt udstyrsproducent bruger HSMP-3816-serien PIN-diode til at designe RF-switches, opnå:
Indsættelsestab: 0,3dB (typisk værdi)
Isoleringsniveau: 45dB
IP3: +52 dbm
Sammenlignet med traditionelle GaAs MESFET -switches reduceres intermodulationsproduktet med 15dB, hvilket resulterer i en stigning på 8% i basisstationsdækningsradius.
2. Satellitkommunikationsmødning
En bestemt satellit -nyttelast bruger en pin -diode -variabel dæmpning til at opnå:
Dæmpningsområde: 0-30dB
Dæmpning fladhed: ± 0,5 dB
IP3: +48 dbm
I driftstilstand for flere bærer er EVM blevet optimeret fra 3,5% til 1,2% og opfylder kravene i DVB - S2X -standarden.
3. Radarsystembegrænser
En faset array -radar bruger en pin diode -begrænser til at opnå:
Begrænsende tærskel: +20 dbm
Indsættelsestab: 0,8 dB
Gendannelsestid: 10ns
I stærke interferensmiljøer øges fronten - slutbeskyttelseseffektiviteten af ​​modtageren med 90%, og måldetekteringssandsynligheden øges med 15%.
Optimeringsstrategi og teknologisk fremgang
1. Optimering på enhedsniveau
Materiel innovation: Ved hjælp af siliciumcarbid (SIC) -baserede pin -dioder øges nedbrydningsspændingen til 1200V, og IP3 kan nå +60 DBM.
Strukturel design: Udvikle en tre - dimensionel integreret pin -diode med en reduceret forbindelseskapacitans på 0,2 pf og en AM - PM -konverteringskoefficient på mindre end 0,5 graders /dB.
2. Optimering af kredsløbsniveau
Bias -kompensation: Temperaturkompensationsbias -kredsløb bruges til at sikre, at udsving i IP3 inden for temperaturområdet -40 grad til +85 grad er mindre end ± 1dB.
Lineariseringsteknik: Introduktion af en negativ feedback -loop i dæmperen for at optimere dæmpningens fladhed til ± 0,2dB.
3. Optimering af systemniveau
Digital præforvrængning (DPD): Kombineret med en pin -diode -ikke -lineær model øges transmitterens ACLR med 25dB.
Adaptiv kontrol: Juster dynamisk biasstrømmen baseret på signalkraft til at øge P1DB med 3DB.
https://www.trrsemicon.com/transistor/Small;