Влияет ли скорость переключения диодов на производительность связи?

一 Физическая сущность скорости переключения: динамика носителей и паразитные параметры
Скорость переключения диода определяется как временем обратного восстановления (TRR), так и с емкостью соединения (CJ), а его физическая сущность включает взаимодействие между процессами рекомбинации носителя и паразитными параметрами в полупроводнических материалах.
Время восстановления (TRR)
Когда диод переключается из состояния проводящего состояния в состояние отсечки, отверстия в области типа p - и электронов в области типа n- необходимо уничтожить через центр рекомбинации. Время, необходимое для этого процесса, составляет TRR, который обычно варьируется от нескольких сотен наносекунд для обычных диодов выпрямителя до нескольких наносекунд для сверхбыстрых диодов восстановления. Например, TRR переключающего диода 1N4148 составляет 4NS, в то время как диод Шоттки может сократить TRR до 1NS из -за отсутствия эффекта хранения носителей меньшинств. В Front - конец 5G базовых станций, если используются обычные диоды с TRR =50 NS, их потери переключения будут составлять более 30% от общих потерь системы, что приведет к увеличению скорости искажения сигнала.
Емкость соединения (CJ)
Потенциальная барьерная емкость, сформированная путем соединения PN диода во время обратного смещения образует RC Low - проходной фильтр с внешней цепью. Принимая высокий - скоростной диод переключателя, упакованный в 0402, в качестве примера, его типичное значение CJ составляет 0,2PF, а эквивалентный импеданс в полосе частоты 28 ГГц составляет 28 Ом. Если импеданс схемы составляет 50 Ом, это приведет к отражению сигнала 12%. В связи с миллиметровой волной, на каждые увеличение CJ 0,1PF, пропускная способность сигнала будет ослабляться на 200 МГц, что напрямую ограничивает скорость передачи данных.
2, многомерное воздействие скорости переключения на системы связи
1. RF Front - End: Селективность сигнала и изоляция
В массивных системах MIMO 5G диод переключения антенны должен завершить переключение состояний в течение 100 Н. Если используется диод с TRR =20 NS, его изоляция уменьшится с 40 дБ до 25 дБ, что приведет к увеличению 12 дБ в перекрестных помехах между соседними антенными каналами и увеличению частоты ошибок битов (BER) до порядка 10 ⁻ ³. Согласно фактическим данным тестирования определенного производителя базовой станции, после использования интегрированных диодов GAN HEMT с TRR =3 NS Система EVM (амплитуда вектора ошибок) была оптимизирована от 4,5% до 2,1%, что отвечало требованиям стандарта 3GPP выпуска 16.
2. Оптическая связь модуль: качество глаз и расстояние передачи
В оптическом модуле 400G, емкость соединения PIN -фотодиода непосредственно влияет на чувствительность приема. Эксперименты показали, что когда CJ уменьшается с 1PF до 0,5PF, порог OSNR (оптическое отношение сигнала к шуму) на расстоянии передачи 10 км уменьшается с 18 дБ до 15 дБ, что эквивалентно увеличению расстояния передачи на 30%. Определенный производитель оптического модуля достиг 80 -километровой пропускания в полосе C - с использованием PIN -диодов Ingaas с CJ =0.3 PF, с BER ниже 10 ⁻ ².
3. Управление энергопотреблением: эффективность и тепловая конструкция
В режиме переключения питания расходных материалов скорость переключения диодов определяет эффективность преобразования. В качестве примера при использовании сверхбыточного восстановления с TRR =50 ns эффективность составляет 92%; После перехода на диоды SIC Schottky с TRR =5 NS, эффективность увеличилась до 96%, а тепловое образование снизилось на 60%. В сценарии центра обработки данных повышение эффективности питания одного сервера на 4% может сократить выбросы CO ₂ на 1,2 тонны в год.
3, Путь оптимизации дизайна High - Скорость диода
1. Материальные инновации: широкие полупроводники с широкой полосой.
Материалы GAN и SIC могут достичь производительности переключения с помощью 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. Структурная оптимизация: TMBS и JTE Technologies уменьшают паразитные параметры
Диод со структурой Trench MOS Schottky (TMBS) используется для уменьшения CJ до ниже 0,1PF через диэлектрическую полевую пластину. При частоте переключения 1 МГц заряд обратного восстановления (QRR) диода TMBS 100 В/10А составляет всего 0,5NC, что на 80% ниже, чем у плоской структуры. Технология расширения терминала (JTE) может увеличить напряжение обратного расщепления до более 2 кВ, что отвечает требованиям сопротивления напряжениям модулей PA Base Station 5G.
3. Упаковка синергия: QFN и CSP достигают низкой паразитной индуктивности
Пакет Quad Flat No Pin (QFN) может снизить индуктивность PIN -кода до 0,5NH, в то время как пакет уровня чипов (CSP) может достичь индуктивности 0,2NH. Упакованный диод размером 0201 CSP от определенного производителя имеет потерю вставки всего 0,1 дБ в полосе частот 10 ГГц, что на 50% выше традиционного пакета SOT-23.
4, Тестирование и проверка: ключевая связь от лабораторного до массового производства
1. Тест времени обратного восстановления
Используя анализатор полупроводниковых параметров KeySight B1505A, TRR измеряли методом импульсного тестирования в условиях 10A прямого тока и обратного напряжения -10 В. Измеренные данные из 6-дюймового ткани пластин показывают, что диапазон распределения TRR одинаковой партии 1N4148 диодов составляет 3,8-4,2NS, и стандартное отклонение необходимо контролировать в пределах 0,1NS с помощью технологии лазерной настройки.
2. Спектральный анализ емкости соединения
Используйте сетевой анализатор E5072A для S - тестирование параметров и извлечь CJ с помощью алгоритма DE Elcedding. В частотном диапазоне 1 МГц-100 ГГц необходимо создать модель Дебая, чтобы соответствовать частотной характеристике емкости соединения. Определенный производитель оптических модулей обнаружил с помощью этой технологии, что ошибка CJ 0,2PF приведет к отклонению потери вставки 0,3 дБ в полосе частот 25 ГГц.
3. Оценка качества графика глаз
В системе тестирования частоты ошибок (BERT) (BERT) открытие глаз проверяется с использованием PRBS31 Pseudo - Случайный код. Определенный производитель базовой станции 5G предусматривает, что при 28 ГГц -носителях и модуляции 64 кв. После использования High - скоростных диодов качество глаз улучшилось на 20%, что отвечает требованиям стандартов 3GPP.