क्या डायोड की स्विचिंग गति संचार प्रदर्शन को प्रभावित करती है?

一, स्विचिंग स्पीड का भौतिक सार: वाहक गतिशीलता और परजीवी पैरामीटर
एक डायोड की स्विचिंग गति रिवर्स रिकवरी टाइम (टीआरआर) और जंक्शन कैपेसिटेंस (सीजे) दोनों द्वारा निर्धारित की जाती है, और इसके भौतिक सार में अर्धचालक सामग्री में वाहक पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं और परजीवी मापदंडों के बीच बातचीत शामिल है।
रिवर्स रिकवरी टाइम (टीआरआर)
जब डायोड कंडक्टिंग स्टेट से कटऑफ स्टेट में स्विच करता है, तो P - टाइप क्षेत्र में छेद और N - में इलेक्ट्रॉनों को पुनर्संयोजन केंद्र के माध्यम से विनाश करने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक समय TRR है, जो आम तौर पर साधारण रेक्टिफायर डायोड के लिए कई सौ नैनोसेकंड से लेकर अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड के लिए कई नैनोसेकंड तक होता है। उदाहरण के लिए, 1N4148 स्विचिंग डायोड का TRR 4NS है, जबकि एक Schottky डायोड अल्पसंख्यक वाहक भंडारण प्रभाव की अनुपस्थिति के कारण TRR को 1NS के भीतर छोटा कर सकता है। RF फ्रंट में - 5G बेस स्टेशनों के अंत में, यदि TRR =50 ns के साथ साधारण डायोड का उपयोग किया जाता है, तो उनके स्विचिंग लॉस कुल सिस्टम घाटे का 30% से अधिक के लिए जिम्मेदार होंगे, जिसके परिणामस्वरूप सिग्नल विरूपण दर में 15% की वृद्धि होगी।
जंक्शन कैपेसिटेंस (सीजे)
रिवर्स बायस के दौरान डायोड के पीएन जंक्शन द्वारा गठित संभावित बाधा समाई एक आरसी कम - बाहरी सर्किट के साथ फ़िल्टर पास करती है। उच्च - स्पीड स्विच डायोड को 0402 में पैक किया गया, एक उदाहरण के रूप में, इसका विशिष्ट CJ मान 0.2pf है, और 28GHz आवृत्ति बैंड में समतुल्य प्रतिबाधा 28 ω है। यदि सर्किट प्रतिबाधा 50 ω है, तो यह 12% सिग्नल प्रतिबिंब का कारण होगा। मिलीमीटर तरंग संचार में, CJ में प्रत्येक 0.1pf वृद्धि के लिए, सिग्नल बैंडविड्थ 200MHz द्वारा, डेटा ट्रांसमिशन दर को सीधे सीमित कर देगा।
2, संचार प्रणालियों पर स्विच गति का बहुआयामी प्रभाव
1। आरएफ फ्रंट - अंत: सिग्नल चयनात्मकता और अलगाव
5G बड़े पैमाने पर MIMO सिस्टम में, एंटीना स्विचिंग डायोड को 100Ns के भीतर राज्य स्विचिंग को पूरा करने की आवश्यकता है। यदि TRR =20 ns के साथ एक डायोड का उपयोग किया जाता है, तो इसका अलगाव 40DB से 25DB से घट जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप आसन्न एंटीना चैनलों के बीच क्रॉसस्टॉक में 12DB की वृद्धि और 10 ⁻ ³ के क्रम में बिट त्रुटि दर (BER) में वृद्धि होगी। एक निश्चित बेस स्टेशन निर्माता से वास्तविक परीक्षण डेटा के अनुसार, ट्र्र =3 ns के साथ GAN HEMT एकीकृत डायोड का उपयोग करने के बाद, सिस्टम EVM (त्रुटि वेक्टर आयाम) को 4.5% से 2.1% तक अनुकूलित किया गया था, 3GPP रिलीज़ 16 मानक की आवश्यकताओं को पूरा करता है।
2। ऑप्टिकल संचार मॉड्यूल: आंख आरेख की गुणवत्ता और संचरण दूरी
400 ग्राम ऑप्टिकल मॉड्यूल में, पिन फोटोडायोड का जंक्शन कैपेसिटेंस सीधे प्राप्त संवेदनशीलता को प्रभावित करता है। प्रयोगों से पता चला है कि जब सीजे 1pf से 0.5pf तक घट जाता है, तो OSNR (ऑप्टिकल सिग्नल टू शोर अनुपात) 10 किमी की संचरण दूरी पर सीमा 18DB से 15DB तक घट जाती है, जो कि ट्रांसमिशन दूरी को 30%तक बढ़ाने के बराबर है। एक निश्चित ऑप्टिकल मॉड्यूल निर्माता ने C - बैंड में 80 किमी रिले फ्री ट्रांसमिशन प्राप्त किया है, जिसका उपयोग सीजे =0.3 pf के साथ Ingaas पिन डायोड का उपयोग करके किया गया है, जिसमें 10 ² ² से नीचे BER के साथ एक BER है।
3। बिजली प्रबंधन: दक्षता और थर्मल डिजाइन
स्विच मोड बिजली की आपूर्ति में, डायोड की स्विचिंग गति रूपांतरण दक्षता निर्धारित करती है। एक 48V/12V DC - DC कनवर्टर को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, जब TRR =50 ns के साथ एक अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड का उपयोग करते हैं, तो दक्षता 92%है; TRR =5 ns के साथ Sic Schottky डायोड पर स्विच करने के बाद, दक्षता बढ़कर 96% तक बढ़ गई और गर्मी उत्पादन में 60% की कमी आई। डेटा सेंटर परिदृश्य में, एकल सर्वर की बिजली दक्षता में 4% की वृद्धि से सह ₂ उत्सर्जन को 1.2 टन प्रति वर्ष कम कर सकता है।
3, उच्च - स्पीड डायोड का डिज़ाइन अनुकूलन पथ
1। सामग्री नवाचार: व्यापक बैंडगैप अर्धचालक भौतिक सीमाओं के माध्यम से टूटते हैं
GAN और SIC सामग्री TRR के साथ स्विचिंग प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं<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। संरचनात्मक अनुकूलन: टीएमबीएस और जेटीई प्रौद्योगिकियां परजीवी मापदंडों को कम करती हैं
एक ट्रेंच MOS बैरियर Schottky (TMBS) संरचना के साथ एक डायोड का उपयोग CJ को एक ढांकता हुआ क्षेत्र प्लेट के माध्यम से 0.1pf से कम करने के लिए किया जाता है। 1MHz की एक स्विचिंग आवृत्ति पर, 100V/10A TMBS डायोड का रिवर्स रिकवरी चार्ज (QRR) केवल 0.5NC है, जो कि प्लानर संरचना की तुलना में 80% कम है। टर्मिनल विस्तार (JTE) तकनीक 5G बेस स्टेशन PA मॉड्यूल की वोल्टेज प्रतिरोध आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज को 2kv से अधिक बढ़ा सकती है।
3। पैकेजिंग सिनर्जी: QFN और CSP कम परजीवी इंडक्शन प्राप्त करते हैं
क्वाड फ्लैट नो पिन (QFN) पैकेज पिन इंडक्शन को 0.5NH तक कम कर सकता है, जबकि चिप स्तर पैकेज (CSP) 0.2NH इंडक्शन प्राप्त कर सकता है। एक निश्चित निर्माता से 0201 आकार के सीएसपी पैक किए गए डायोड को 10GHz आवृत्ति बैंड में केवल 0.1db का सम्मिलन नुकसान होता है, जो पारंपरिक SOT-23 पैकेज की तुलना में 50% अधिक है।
4, परीक्षण और सत्यापन: प्रयोगशाला से बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्रमुख लिंक
1। रिवर्स रिकवरी टाइम टेस्ट
Keysight B1505A सेमीकंडक्टर पैरामीटर विश्लेषक का उपयोग करते हुए, TRR को 10A फॉरवर्ड वर्तमान और -10V रिवर्स वोल्टेज की शर्तों के तहत पल्स परीक्षण विधि द्वारा मापा गया था। 6-इंच वेफर फैब से मापा गया डेटा से पता चलता है कि 1N4148 डायोड के एक ही बैच की टीआरआर वितरण रेंज 3.8-4.2Ns है, और लेजर ट्यूनिंग तकनीक के माध्यम से मानक विचलन को 0.1ns के भीतर नियंत्रित करने की आवश्यकता है।
2। जंक्शन समाई का वर्णक्रमीय विश्लेषण
S - पैरामीटर परीक्षण के लिए E5072A नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग करें और DE एम्बेडिंग एल्गोरिथ्म के माध्यम से CJ निकालें। 1MHz-100GHz की आवृत्ति रेंज में, जंक्शन कैपेसिटेंस की आवृत्ति प्रतिक्रिया को फिट करने के लिए एक डेबी मॉडल को स्थापित करने की आवश्यकता है। एक निश्चित ऑप्टिकल मॉड्यूल निर्माता ने इस तकनीक के माध्यम से खोजा कि 0.2pf CJ त्रुटि के परिणामस्वरूप 25GHz आवृत्ति बैंड में 0.3db का सम्मिलन हानि विचलन होगा।
3। नेत्र चार्ट की गुणवत्ता का आकलन
बिट त्रुटि दर परीक्षक (BERT) सिस्टम में, PRBS31 PSEUDO - यादृच्छिक कोड का उपयोग करके आंख खोलने का परीक्षण किया जाता है। एक निश्चित 5 जी बेस स्टेशन निर्माता यह निर्धारित करता है कि 28GHz वाहक और 64QAM मॉड्यूलेशन के तहत, आंख आरेख की ऊंचाई 0.3UI (यूनिट अंतराल) से अधिक होनी चाहिए और बंद होने से 15%से कम होना चाहिए। उच्च - स्पीड डायोड का उपयोग करने के बाद, 3 जीपीपी मानकों की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, आंखों के आरेख की गुणवत्ता में 20%में सुधार हुआ।