Quanto influenza la linearità dei diodi PIN?

Analisi delle caratteristiche lineari del diodo PIN
1. Definizione e metodo di linearità
La linearità si riferisce al grado di relazione lineare tra il segnale di uscita di un dispositivo e il segnale di input, generalmente caratterizzato da parametri come il punto di compressione 1DB (P1DB) e il terzo punto di interruzione dell'ordine - (IP3). I metodi di test includono test a doppio tono (applicazione di due segnali di frequenza - di ampiezza uguale) e test di analizzatore di rete vettoriale. Prendendo come esempio la serie Avago HSMP-381x, il suo IP3 può raggiungere +50 dBM, che è 15db superiore ai normali diodi Schottky.
2. Meccanismo di generazione non lineare
La non linearità dei diodi PIN deriva principalmente da:
Ricombinazione del vettore di strati intrinseci: la durata del vettore dello strato I è di circa 10N e il processo di ricombinazione incompleta sotto alti segnali di frequenza - portano alla non linearità.
MODULAZIONE DI CAPACITÀ DI JUNCTION: quando inversa, la capacità di giunzione cambia con la tensione, generando la conversione AM - PM sotto l'azione dei segnali RF.
Effetto termico: segnali di potenza elevati causano un aumento della temperatura di giunzione, con una velocità di caduta di tensione in avanti di -2mV/ grado.
3. Fattori di influenza
I - Spessore di livello: più spesso il livello i -, più lungo il tempo di transito del vettore e più bassa la non linearità. Lo spessore di strato i - di HSMP - 3816 raggiunge 10 μ m e la sua linearità è migliore di quella dei dispositivi con uno spessore di strato I di 3 μ m.
Corrente di distorsione: quando la corrente di polarizzazione in avanti aumenta da 1 mA a 10 mA, IP3 aumenta di circa 6dB.
Temperatura: entro un intervallo di temperatura di -40 gradi a +85, la variazione IP3 del dispositivo può raggiungere ± 3DB.
L'impatto della linearità sulla qualità della comunicazione
1. Disturbo del segnale
Distorsione di ampiezza: non lineare causa la distorsione dell'involucro del segnale e il deterioramento del tasso di errore di bit (BER). Sotto la modulazione di 16QAM, per ogni riduzione di 10 dB in IP3, il BER aumenta di un ordine di grandezza.
Fase Distortion: Am - PM Conversione provoca la rotazione della costellazione, che influenza le prestazioni della demodulazione. In un sistema a 64qam, per ogni aumento di 1 grado di rumore di fase, l'EVM si deteriora dello 0,5%.
2. Interferenza di intermodulazione
Intermodulazione del terzo ordine (IM3): nei test a doppio tono, i prodotti IM3 possono cadere nella banda di frequenza di ricezione. Nelle stazioni base FDD, la frequenza di differenza tra i prodotti IM3 e i segnali di oscillatore locale può interferire con il collegamento uplink.
Modulazione incrociata (XM): segnali di interferenza forti sono modulati su segnali utili attraverso dispositivi non lineari. Nei sistemi Wi Fi 6E, i prodotti XM possono causare una riduzione di 20 dB nel rapporto di interferenza del canale adiacente (ACIR).
3. Compressione della gamma dinamica
Punto di compressione 1DB: quando la potenza di ingresso supera P1DB, la crescita della potenza di uscita rallenta. Nei ricevitori radar, per ogni diminuzione di 1db in P1DB, la distanza massima rilevabile diminuisce del 6%.
Effetto bloccante: segnali di interferenza forti saturano la parte anteriore del ricevitore, portando a una diminuzione della sensibilità. Nei sistemi 5G NR, i segnali di blocco possono degradare la sensibilità di 30 dB.
Analisi del caso dell'applicazione del settore
1. 5 g base stazione rf switch
Un determinato produttore di attrezzature utilizza il diodo PIN della serie HSMP-3816 per progettare interruttori RF, raggiungendo:
Perdita di inserzione: 0,3 dB (valore tipico)
Livello di isolamento: 45db
IP3: +52 dbm
Rispetto ai tradizionali switch MESFET GAAS, il prodotto di intermodulazione è ridotto di 15 dB, con un aumento dell'8% del raggio di copertura della stazione base.
2. Attenuatore di comunicazione satellitare
Un determinato payload satellitare utilizza un attenuatore variabile del diodo PIN per raggiungere:
Gamma di attenuazione: 0-30dB
Piatteness di attenuazione: ± 0,5 dB
IP3: +48 dbm
In modalità operativa multi vettore, EVM è stato ottimizzato dal 3,5% all'1,2%, soddisfacendo i requisiti dello standard DVB - S2X.
3. Limitatore del sistema radar
Un radar per array a fasi utilizza un limitatore di diodo PIN per ottenere:
Soglia limitante: +20 dbm
Perdita di inserzione: 0,8 dB
Tempo di recupero: 10ns
In forti ambienti di interferenza, il fronte - efficienza di protezione finale del ricevitore viene aumentata del 90%e la probabilità di rilevamento target è aumentata del 15%.
Strategia di ottimizzazione e progresso tecnologico
1. Ottimizzazione a livello di dispositivo
Innovazione del materiale: utilizzando diodi a base di PIN a base di carburo di silicio (SIC), la tensione di rottura viene aumentata a 1200 V e l'IP3 può raggiungere +60 dBM.
Design strutturale: sviluppare un diodo PIN integrato dimensionale tre - con una capacità di giunzione ridotta di 0,2pf e un coefficiente di conversione AM - PM inferiore a 0,5 gradi /dB.
2. Ottimizzazione del livello del circuito
Compensazione della distorsione: il circuito di bias di compensazione della temperatura viene utilizzato per garantire che la fluttuazione di IP3 nell'intervallo di temperatura di -40 gradi a +85 gradi sia inferiore a ± 1db.
Tecnica di linearizzazione: introduzione di un circuito di feedback negativo nell'attenuatore per ottimizzare la piattaforma di attenuazione a ± 0,2 dB.
3. Ottimizzazione a livello di sistema
Pre -distorsione digitale (DPD): combinato con un modello non lineare diodo PIN, l'ACLR del trasmettitore è aumentato di 25 dB.
Controllo adattivo: regolare dinamicamente la corrente di polarizzazione in base alla potenza del segnale per aumentare il P1DB di 3DB.
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