Ovplyvňuje rýchlosť prepínania diód výkonnosť komunikácie?

一, fyzikálna podstata rýchlosti prepínania: dynamika nosiča a parazitické parametre
Rýchlosť prepínania diódy je určená reverzným časom zotavenia (TRR), ako aj kapacitnou kapacitou križovatky (CJ) a jej fyzikálna podstata zahŕňa interakciu medzi procesmi rekombinácie nosiča a parazitickými parametrami v polovodičových materiáloch.
Čas spätného regenerácie (TRR)
Keď sa diódy prepne zo stavu vodivosti do medzného stavu, otvory v oblasti P - a elektróny v oblasti typu N - musia zničiť cez rekombinačné centrum. Čas potrebný na tento proces je TRR, ktorý sa zvyčajne pohybuje od niekoľkých stoviek nanosekúnd pre bežné usmerňovacie diódy do niekoľkých nanosekúnd pre ultrarýchle regeneračné diódy. Napríklad TRR 1N4148 spínacej diódy je 4ns, zatiaľ čo Schottská dióda môže skrátiť TRR na 1NS v dôsledku neprítomnosti účinku ukladania menšinových nosičov. V prednej časti RF - konca 5G základných staníc, ak sa používajú bežné diódy s TRR =50 ns, ich straty prepínania budú predstavovať viac ako 30% z celkových systémových strát, čo bude mať za následok 15% zvýšenie rýchlosti skreslenia signálu.
Kapacita križovatky (CJ)
Potenciálna bariérová kapacita tvorená PN spojom diódy počas spätnej skreslenia tvorí RC Low - prenosný filter s externým obvodom. Ako príklad, keď sa ukázalo vysoké -, zabalili diódy rýchlosti v 0402, jeho typická hodnota CJ je 0,2pf a ekvivalentná impedancia vo frekvenčnom pásme 28 GHz je 28 Ω. Ak je impedancia obvodu 50 Ω, spôsobí 12% odraz signálu. V komunikácii milimetrovej vlny, za každé zvýšenie CJ o 0,1 pf, sa šírka pásma signálu zoslabuje o 200 MHz, čo priamo obmedzuje rýchlosť prenosu údajov.
2, viacrozmerný vplyv rýchlosti prepínača na komunikačných systémoch
1. RF Front - end: Selektivita a izolácia signálu
V masívnych systémoch MIMO musí anténa prepínanie diódy dokončiť prepínanie stavu v rámci 100 NS. Ak sa použije dióda s TRR =20 ns, jej izolácia sa zníži zo 40 dB na 25 dB, čo viedlo k zvýšeniu 12 dB v presluch medzi susednými anténnymi kanálmi a zvýšenie miery bitovej chybovosti (BER) na poradie 10 ⁻. Podľa skutočných testovacích údajov od určitého výrobcu základňovej stanice sa po použití integrovaných diód GAN HEMT s TRR =3 ns optimalizoval systém EVM (amplitúda chybových vektorov) od 4,5% do 2,1%, čo spĺňa požiadavky štandardu 3GPP Release 16.
2. Optický komunikačný modul: Kvalita očného diagramu a prenosová vzdialenosť
V optickom module 400 g, spojenie s pinom fotodiódy priamo ovplyvňuje citlivosť prijímania. Experimenty ukázali, že keď CJ klesá z 1pf na 0,5 pf, prahová hodnota OSNR (optický signál k šumu) v prenosovej vzdialenosti 10 km klesá z 18 dB na 15 dB, čo je rovnocenné s predĺžením prenosovej vzdialenosti o 30%. Určitý výrobca optického modulu dosiahol voľný prenos relé 80 km v pásme C - s použitím ingaas pin diód s CJ =0.3 pf, s BER pod 10 ⁻ ².
3. Správa energie: efektívnosť a tepelný dizajn
V prepínacích napájacích zdrojoch určuje rýchlosť prepínania diód účinnosť konverzie. Ako príklad, pri použití ultra rýchlej regeneračnej diódy s TRR=50 ns, pri použití ultra rýchlej regenerácie s TRR=50 ns je účinnosť 92%; Po prechode na Sic Schottky diódy s TRR =5 NS sa účinnosť zvýšila na 96% a tvorba tepla sa znížila o 60%. V scenári dátového centra môže zvýšenie výkonovej účinnosti jedného servera o 4% znížiť emisie CO ₂ o 1,2 ton ročne.
3, cesta optimalizácie dizajnu vysokej - rýchlostná dióda
1. Materiálové inovácie: Široké bandgap polovodičy prechádzajú fyzickými limitmi
Materiály GAN a SIC môžu dosiahnuť prepínanie výkonu pomocou 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. Štrukturálna optimalizácia: TMBS a JTE technológie znižujú parazitické parametre
Dióda so štruktúrou Schottky (TMBS) zákopovej bariéry sa používa na redukciu CJ pod 0,1 pf cez dielektrickú poľnú dosku. Pri spínacej frekvencii 1 MHz je reverzný regeneračný náboj (QRR) diódy 100 V/10A TMBS iba 0,5 NC, čo je o 80% nižšie ako v planárovej štruktúre. Technológia expanzie terminálu (JTE) môže zvýšiť spätné rozkladné napätie na viac ako 2 kV, pričom spĺňa požiadavky na odporové odporové požiadavky na napätie modulov 5G základnej stanice PA.
3. Synergia obalov: QFN a CSP dosahujú nízku parazitickú indukčnosť
Balík Quad Flat No Pin (QFN) môže znížiť indukčnosť PIN na 0,5 NH, zatiaľ čo balík úrovne čipov (CSP) môže dosiahnuť indukčnosť 0,2 NH. Dióda CSP veľkosti 0201 od určitého výrobcu má stratu vloženia iba 0,1 dB vo frekvenčnom pásme 10 GHz, čo je o 50% vyššia ako tradičný balík SOT-23.
4, Testovanie a overovanie: Kľúčové spojenie z laboratória k hromadnej výrobe
1. Test času na zotavenie
Použitím Keysight B1505A Analyzátor polovodičového parametrov sa TRR meral metódou testovania impulzov za podmienok 10A vpred prúdu a -10V spätného napätia. Namerané údaje zo 6-palcovej oblátky FAB ukazujú, že rozsah distribúcie TRR rovnakej dávky 1N4148 diód je 3,8-4,2 s a štandardná odchýlka je potrebné ovládať v rámci 0,1ns pomocou technológie laserového ladenia.
2. Spektrálna analýza križovatky kapacity
Použite sieťový analyzátor E5072A na testovanie parametrov s - a extrahujte CJ pomocou algoritmu vloženia de vloženia. Vo frekvenčnom rozsahu 1 MHz-100 GHz je potrebné stanoviť model Debye, ktorý vyhovuje frekvenčnej odozve kapacity križovatky. Určitý výrobca optického modulu prostredníctvom tejto technológie zistil, že chyba 0,2pf CJ bude mať za následok odchýlku straty vloženia 0,3 dB vo frekvenčnom pásme 25 GHz.
3. Hodnotenie kvality očných grafov
V systéme testera bit chybovosti (BERT) sa otváranie očí testuje pomocou náhodného kódu PRBS31 pseudo -. Určitá výrobca základňovej stanice 5G stanovuje, že pod nosičom 28 GHz a modulácie 64QAM musí byť výška očného diagramu väčšia ako 0,3UI (interval jednotky) a uzavretie musí byť menšie ako 15%. Po použití vysokých - rýchlostných diód sa kvalita očného diagramu zlepšila o 20%, čo spĺňa požiadavky štandardov 3GPP.