In che modo i diodi e i circuiti limitanti lavorano insieme nei sistemi di comunicazione?

一, Caratteristiche dei diodi: la base fisica dei circuiti limitanti
La conduttività unidirezionale dei diodi proviene dalle caratteristiche di distribuzione del portatore delle giunzioni PN. Quando la tensione di bias in avanti supera la soglia di conduzione (circa 0,7 V per tubi di silicio e circa 0,3 V per tubi di germanio), il diodo entra in uno stato conduttore a bassa resistenza; Se distorto inverso, i vettori vengono isolati dallo strato di esaurimento, formando uno stato di cutoff ad alta resistenza. Questa caratteristica non lineare rende i diodi un regolatore di ampiezza del segnale naturale.
In scenari di comunicazione di frequenza alti -, i diodi Schottky sono diventati il ​​componente preferito per limitare i circuiti a causa della loro bassa tensione di conduzione di 0,15-0,45 V e velocità di risposta da picosecondi. Ad esempio, nei sistemi di comunicazione delle onde millimetriche, un certo tipo di diodo Schottky può ottenere una perdita di inserzione di -40 dbm nella banda di frequenza a 100 GHz, respendo un aumento di potenza di picco di 30 dBm. I diodi Zener svolgono un ruolo cruciale negli scenari di protezione da sovratensione attraverso le loro caratteristiche di stabilizzazione della tensione nella regione di rottura inversa. La loro accuratezza della tensione di rottura può raggiungere ± 2% e il tempo di risposta è inferiore a 1N.
2, Topologia del circuito limitante: dalla base a avanzata
1. Circuito limitante della serie
Un circuito limitante della serie in avanti collega un diodo in serie con il percorso del segnale. Quando il mezzo ciclo positivo del segnale di ingresso supera la tensione di conduzione, il diodo conduce e forma un cortocircuito, bloccando la tensione di uscita a livello di VF (tensione di conduzione). Il circuito limitante delle serie inverse raggiunge la limitazione del mezzo ciclo negativo mediante diodi di collegamento inverso. Un determinato Front RF Front - Modulo adotta una struttura della serie a doppio diodo per ottenere una limitazione bidirezionale di ± 1,5 V nella banda di frequenza a 2,4 GHz, con una perdita di inserimento di soli 0,5 dB.
2. Circuito limitante parallelo
Il circuito limitante parallelo raggiunge la limitazione collegando i diodi in parallelo con il carico. In una struttura parallela in avanti, quando la tensione di ingresso supera (VBIAS+VF), il diodo conduce shunt, limitando la tensione di uscita al di sotto di questa soglia. Un ricevitore di comunicazione satellitare adotta un circuito limitante parallelo con una tensione di polarizzazione di 2V, che inizia a limitare quando il segnale di ingresso raggiunge 2,7 V, proteggendo efficacemente l'LNA dello stadio posteriore (amplificatore a basso rumore) da una forte interferenza.
3. Circuito limitante bidirezionale
Il circuito di limitazione bidirezionale combinato raggiunge il controllo dell'ampiezza della gamma di frequenza completa accoppiando i diodi in avanti e inversi. Il modulo di protezione PA (Amplificatore di potenza) di una determinata stazione base 5G adotta una struttura a quattro diodi per ottenere un controllo dinamico di ± 10 dbm nella banda di frequenza da 28 GHz, con un'accuratezza limitante migliore di ± 0,3 db. Il circuito ottimizza i parassiti dei parassiti dei parassiti per controllare la fluttuazione del ritardo di gruppo entro ± 5 lamiche, soddisfacendo i rigorosi requisiti di temporizzazione dei segnali 5G NR.
3, Meccanismo di lavoro collaborativo: l'arte dell'equilibrio dinamico
1. Scenario di protezione del segnale
Negli scenari di interferenza dell'impulso radar, la potenza di picco del segnale di input può raggiungere +40 dbm, mentre l'intervallo dinamico di input dell'ADC a valle è solo da -10dbm a +10 dbm. Il circuito limitante raggiunge la protezione attraverso una strategia limitante graduata: il primo stadio utilizza diodi Schottky per limitazione grossolana, sopprimendo il valore di picco a +20 dbm; Il secondo stadio utilizza un diodo Zener per ottenere una limitazione di ampiezza precisa, risultando in un output stabile di +10 dbm. I dati di test di una determinata attrezzatura di comunicazione militare mostrano che questo schema riduce il tasso di errore del bit dell'attrezzatura da 10 ⁻³ a 10 ⁻⁹ in forti ambienti di interferenza.
2. Controllo della gamma dinamica
Nei sistemi di comunicazione OFDM, il rapporto di potenza medio (PAPR) può raggiungere 12 dB, il che rappresenta una seria sfida alla linearità di PA. Il circuito limitante riduce il PAPR attraverso un clipping moderato e raggiunge un equilibrio tra efficienza e linearità attraverso la tecnologia di pre -distorsione digitale (DPD). Una certa stazione base 5G PA adotta uno schema di ottimizzazione del giunto DPD limitante, raggiungendo un'efficienza di drenaggio del 45% nella banda di frequenza a 28 GHz, con ACPR (rapporto di potenza del canale adiacente) migliore di -45dbc, che è 10 dB più alto rispetto allo schema tradizionale.
3. Applicazione della soppressione del rumore
Nei ricevitori di comunicazione di spazio profondo, il circuito limitante protegge il circuito a valle sopprimendo impulsi di rumore improvviso. Il ricevitore di un certo Mars Rover adotta un circuito limitante adattivo. Quando l'ampiezza del segnale di input supera la soglia (imposta come media +6 σ), inizia automaticamente a limitare e innesca l'algoritmo di soppressione del rumore. I dati misurati mostrano che questo schema migliora il segnale - in - rapporto di rumore del sistema per 8dB e estende la distanza di ricezione effettiva del 20% in una forte interferenza del vento solare.
4, tendenze dell'evoluzione tecnologica
1. Innovazione materiale
I diodi di nitruro di gallio (GAN) stanno gradualmente sostituendo i tradizionali dispositivi basati sul silicio - a causa della loro elevata resistenza al campo di rottura (3,3mv/cm) e velocità di saturazione elettronica (2,7 × 10 ⁷ cm/s). Un determinato sistema di prototipo da 6G utilizza diodi che limita GAN per ottenere una capacità di elaborazione dell'alimentazione di picco di 5 W nella banda di frequenza a 140 GHz, che è 10 volte superiore a quella dei dispositivi di silicio.
2. Sviluppo integrato
La tecnologia a microonde a microonde a maglia singola (MMIC) abilita sull'integrazione del chip - dei circuiti limitanti con LNA, PA e altri moduli. Un certo chip End da 28 GHz 5G - adotta 0,13 μ m Mige Bicmos Technology, integrando il circuito limitante, LNA e accensione su un chip da 2 mm × 2 mm, riducendo la perdita di inserimento a 1,2 dB e il consumo di energia a solo 80mW.
3. Controllo intelligente
Stanno emergendo algoritmi di clipping adattivo basati sull'apprendimento automatico. Un determinato sistema di prototipo 6G regola dinamicamente la soglia di ritaglio e la costante del tempo di recupero monitorando le caratteristiche statistiche del segnale in tempo reale, mantenendo l'integrità del segnale, riducendo la distorsione di clipping a un terzo - della soluzione tradizionale.
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