संचार उपकरणों में डायोड के लिए प्रतिक्रिया गति की आवश्यकता क्या है?
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一, डायोड प्रतिक्रिया गति के लिए संचार उपकरणों की मुख्य आवश्यकता
संचार उपकरण में डायोड प्रतिक्रिया की गति की मांग तीन प्रमुख तकनीकी चुनौतियों से उपजी है:
उच्च गति सिग्नल अखंडता: PCIE 6.0 इंटरफ़ेस के लिए एक सिग्नल वृद्धि/गिरने के समय की आवश्यकता होती है, जो 50ps से कम या उसके बराबर है, और इसी डायोड की प्रतिक्रिया की गति होनी चाहिए<10ps to avoid signal distortion.
क्षणिक सुरक्षा समयबद्धता: ईएसडी सुरक्षा उपकरणों को चिप को घुसने से क्षणिक ओवरवोल्टेज को रोकने के लिए 1 एनएस के भीतर क्लैंपिंग कार्रवाई को पूरा करने की आवश्यकता होती है।
Optical communication sensitivity: 100Gbps optical module requires PIN photodiode rise time ≤ 50ps and quantum efficiency>70% लंबे - दूरी ट्रांसमिशन का समर्थन करने के लिए।
एक उदाहरण के रूप में 5 जी बेस स्टेशनों को लेते हुए, उनके आरएफ फ्रंट - अंत को स्कॉटकी डायोड (जैसे कि SS12-SS110 श्रृंखला) का उपयोग करने की आवश्यकता है, 50ps से कम की प्रतिक्रिया समय और 0.3pf से कम के जंक्शन कैपेसिटेंस के साथ, 3.5GHz आवृत्ति बैंड में कुशल पता लगाने और सुधार सुनिश्चित करने के लिए।
2, डायोड प्रतिक्रिया गति का तकनीकी कार्यान्वयन पथ
1। संरचनात्मक अनुकूलन प्रतिक्रिया की गति में सुधार करता है
पिन फोटोडायोड: पी और एन क्षेत्रों के बीच एक आंतरिक परत (I परत) डालकर, कमी क्षेत्र की चौड़ाई को 10-100 μ मीटर तक बढ़ाया जाता है, जिससे वाहक बहाव समय को 0.1-1 एनएस तक कम कर दिया जाता है। उदाहरण के लिए, Ingaas पिन डायोड की उत्तराधिकारी 0.84 A/W और एक वृद्धि समय की एक प्रतिक्रिया है<50 ps at a wavelength of 1.55 μ m.
हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी): लाभ को बढ़ाने के लिए हिमस्खलन गुणन प्रभाव का उपयोग करना, जबकि पारगमन समय को कम करने के लिए विद्युत क्षेत्र वितरण का अनुकूलन करना। उदाहरण के लिए, 10Gbps प्रणाली में, INP/INGAAS APD में 100ps से कम का प्रतिक्रिया समय और 100 बार तक का लाभ होता है।
2। सामग्री नवाचार प्रदर्शन अड़चन के माध्यम से टूट जाता है
वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स: GAAS और 6H SIC जैसी सामग्री में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (GAAS 8500 सेमी/v · s) तक होती है, जो वाहक बहाव की गति में काफी सुधार कर सकती है। उदाहरण के लिए, GAAS पिन डायोड में 10GHz आवृत्ति बैंड में 30ps से कम का प्रतिक्रिया समय होता है।
हेटेरोजंक्शन संरचना: INGAAS/INP हेटेरोजंक्शन डार्क करंट को कम करता है और बैंड इंजीनियरिंग के माध्यम से प्रतिक्रिया की गति में सुधार करता है। उदाहरण के लिए, एक हेटेरोजंक्शन पिन डायोड में एक डार्क करंट होता है<2nA and a responsivity>1.3 μ मीटर की तरंग दैर्ध्य पर 0.6a/w।
3। पैकेजिंग और सर्किट सहयोगी डिजाइन
कम कैपेसिटेंस पैकेजिंग: जंक्शन कैपेसिटेंस को 0.1pf से कम करने के लिए फ्लिप चिप तकनीक का उपयोग करना। उदाहरण के लिए, DW05 - 4R2PC-S ESD डायोड को 3D में पैक किया गया है और इसमें केवल 0.2pf का जंक्शन कैपेसिटेंस है, जो USB4 इंटरफ़ेस के माध्यम से 20Gbps ट्रांसमिशन का समर्थन करता है।
मिलान सर्किट अनुकूलन: आरसी समय को कम करने के लिए आरएलसी सर्किट के माध्यम से डायोड परजीवी मापदंडों के लिए क्षतिपूर्ति करें। उदाहरण के लिए, 5 जी आरएफ फ्रंट - अंत के डिजाइन में, एक {- टाइप फ़िल्टरिंग नेटवर्क का उपयोग डायोड प्रतिक्रिया समय को अनुकूलित करने के लिए किया जाता है।<20ps.
3, विशिष्ट संचार उपकरणों की डायोड प्रतिक्रिया गति के लिए आवश्यकताएं
1। फाइबर ऑप्टिक संचार उपकरण
Light receiving module: 100Gbps QSFP28 optical module requires PIN diode rise time ≤ 30ps and quantum efficiency>80%। उदाहरण के लिए, Finisar का FTLX8571D3BCL मॉड्यूल Ingaas पिन डायोड का उपयोग करता है और 10 किमी ट्रांसमिशन का समर्थन करता है।
ऑप्टिकल एम्पलीफायर: EDFA (erbium - doped फाइबर एम्पलीफायर) को ऑप्टिकल पावर मॉनिटरिंग के लिए APD की आवश्यकता होती है, प्रतिक्रिया समय के साथ<50ps and a dynamic range of>60db।
2। वायरलेस संचार उपकरण
आरएफ फ्रंट - अंत: आरएफ फ्रंट - 5 जी बेस स्टेशनों के अंत में मिश्रण और पता लगाने के लिए शोटकी डायोड के उपयोग की आवश्यकता होती है, एक प्रतिक्रिया समय के साथ<30ps and a cutoff frequency of>40GHZ। उदाहरण के लिए, SkyWorks 'SMS7630-079LF डायोड में 28GHz फ़्रीक्वेंसी बैंड में 7DB से कम का रूपांतरण हानि है।
एंटीना स्विच: टीडीडी सिस्टम एंटीना स्विच के लिए एक स्विचिंग समय के साथ एक पिन डायोड की आवश्यकता होती है<50ns and an isolation of>40db। उदाहरण के लिए, Qorvo का QPD1025L डायोड एक सम्मिलन हानि के साथ 2.6GHz आवृत्ति बैंड का समर्थन करता है<0.3dB.
3। डेटा संचार उपकरण
उच्च गति इंटरफ़ेस: PCIE 5.0/6.0 इंटरफेस को प्रतिक्रिया समय के साथ कम कैपेसिटेंस ESD डायोड के उपयोग की आवश्यकता होती है<10ps and junction capacitance<0.1pF. For example, Nexperia's PESD5V0S1BA diode supports 8kV contact discharge and clamp voltage<8V.
सर्वर पावर सप्लाई: ऑरिंग कंट्रोलर को रिवर्स करंट ब्लॉकिंग के लिए शोट्की डायोड की आवश्यकता होती है, जिसमें 0.3V से कम की फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और 10Ns से कम का रिवर्स रिकवरी समय होता है। उदाहरण के लिए, विशाय का VS-10BQ100 डायोड 10A करंट का समर्थन करता है, जिसमें केवल 0.28V की फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप है।
4, इंजीनियरिंग अभ्यास में प्रतिक्रिया गति परीक्षण और अनुकूलन
1। परीक्षण विधि
Time domain testing: Use an oscilloscope (bandwidth>50GHz) डायोड के उदय/गिरने के समय को मापने के लिए। उदाहरण के लिए, Keysight DSOX95004A ऑसिलोस्कोप सटीक रूप से प्रतिक्रिया के समय को माप सकते हैं<10ps.
आवृत्ति डोमेन परीक्षण: एस मापदंडों का परीक्षण करने और डायोड कटऑफ आवृत्ति का मूल्यांकन करने के लिए एक नेटवर्क विश्लेषक (वीएनए) का उपयोग करें। उदाहरण के लिए, रोहडे और श्वार्ज़ ZNB20 VNA 20GHz तक आवृत्ति प्रतिक्रिया को माप सकते हैं।
क्षणिक परीक्षण: डायोड की क्लैम्पिंग गति को सत्यापित करने के लिए ± 15KV दालों को लागू करने के लिए एक ESD सिम्युलेटर (जैसे EMC पार्टनर का ESD3000) का उपयोग करें।
2। अनुकूलन रणनीति
मल्टी लेवल प्रोटेक्शन आर्किटेक्चर: थ्री लेवल प्रोटेक्शन को उच्च - स्पीड इंटरफेस में अपनाया जाता है, जिसमें टीवीएस डायोड, कॉमन मोड चोक, और कम कैपेसिटेंस ईएसडी डायोड शामिल हैं, एकल - स्टेज डिवाइसों की प्रतिक्रिया दबाव को कम करने के लिए।
तापमान मुआवजा डिजाइन: तापमान के साथ अंधेरे वर्तमान बढ़ने के मुद्दे को संबोधित करने के लिए, एक नकारात्मक तापमान गुणांक रोकनेवाला (NTC) का उपयोग गतिशील पूर्वाग्रह समायोजन के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, INGAAS पिन डायोड में, NTC के माध्यम से अंधेरे वर्तमान परिवर्तन दर 5%/ डिग्री से 1%/ डिग्री तक कम हो जाती है।
अनुकूली सर्किट: आरएफ फ्रंट में एक ट्यून करने योग्य मिलान नेटवर्क को एकीकृत करना - ऑपरेटिंग आवृत्ति के आधार पर डायोड प्रतिक्रिया गति को गतिशील रूप से अनुकूलित करने के लिए अंत। उदाहरण के लिए, एमईएमएस स्विच का उपयोग करके 50 -75 -75 and प्रतिबाधा स्विचिंग प्राप्त करने और प्रतिबिंब घाटे को कम करने के लिए।
