Qual è il requisito di velocità di risposta per i diodi nelle apparecchiature di comunicazione?

一, il requisito fondamentale delle apparecchiature di comunicazione per la velocità di risposta dei diodi
La domanda di velocità di risposta del diodo nelle apparecchiature di comunicazione deriva da tre principali sfide tecniche:
Integrità del segnale ad alta velocità: l'interfaccia PCIE 6.0 richiede un tempo di aumento/caduta del segnale inferiore o uguale a 50ps e il diodo corrispondente dovrebbe avere una velocità di risposta di<10ps to avoid signal distortion.
Testialità di protezione transitoria: i dispositivi di protezione ESD devono completare l'azione di bloccaggio entro 1NS per impedire che la sovratensione transitoria penetri nel chip.
Optical communication sensitivity: 100Gbps optical module requires PIN photodiode rise time ≤ 50ps and quantum efficiency>70% per supportare la trasmissione a distanza Long -.
Prendendo le stazioni base 5G come esempio, la loro parte anteriore RF - deve usare diodi Schottky (come la serie SS12-SS110), con un tempo di risposta inferiore a 50ps e una capacità di giunzione inferiore a 0,3 pf, per garantire un rilevamento efficiente e rettifica nella banda di frequenza 3.5GHz.
2, il percorso di implementazione tecnica della velocità di risposta del diodo
1. L'ottimizzazione strutturale migliora la velocità di risposta
Fotodiodo dei pin: inserendo uno strato intrinseco (strato I) tra le regioni P e N, la larghezza della regione di esaurimento viene estesa a 10-100 μ m, riducendo il tempo di deriva del vettore a 0,1-1 ns. Ad esempio, il diodo Pin Ingaas ha una reattività di 0,84 a/W e un tempo di aumento<50 ps at a wavelength of 1.55 μ m.
Avalanche Photodiode (APD): utilizzando l'effetto di moltiplicazione delle valanghe per migliorare il guadagno, ottimizzando al contempo la distribuzione del campo elettrico per ridurre i tempi di transito. Ad esempio, in un sistema da 10 Gbps, l'APD INP/Ingaas ha un tempo di risposta inferiore a 100 CV e un guadagno fino a 100 volte.
2. Innovazione materiale si rompe attraverso i colli di bottiglia delle prestazioni
Semiconduttori a banda larga: materiali come GAAS e 6H SIC hanno un'elevata mobilità elettronica (GAA fino a 8500 cm ²/V · s), che possono migliorare significativamente la velocità di deriva del vettore. Ad esempio, i diodi PIN GAAS hanno un tempo di risposta inferiore a 30ps nella banda di frequenza a 10 GHz.
Struttura eterojunzione: l'eterojunzione InGAAS/INP riduce la corrente scura e migliora la velocità di risposta attraverso l'ingegneria della banda. Ad esempio, un diodo PIN di eterojunzione ha una corrente scura<2nA and a responsivity>0,6a/w a una lunghezza d'onda di 1,3 μ m.
3. Progettazione collaborativa di imballaggio e circuito
Packaging a bassa capacità: utilizzando la tecnologia Flip Chip per ridurre la capacità di giunzione a meno di 0,1 pf. Ad esempio, il diodo ESD DW05 - 4R2PC-S è confezionato in 3D e ha una capacità di giunzione di soli 0,2 pf, supportando la trasmissione da 20 Gbps tramite interfaccia USB4.
Ottimizzazione del circuito di corrispondenza: compensare i parassiti dei diodi attraverso il circuito RLC per ridurre la costante di tempo RC. Ad esempio, nella progettazione di 5G RF Front - end, una rete di filtraggio di tipo π - viene utilizzato per ottimizzare il tempo di risposta del diodo a<20ps.
3, Requisiti per la velocità di risposta del diodo delle tipiche apparecchiature di comunicazione
1. Attrezzatura di comunicazione in fibra ottica
Light receiving module: 100Gbps QSFP28 optical module requires PIN diode rise time ≤ 30ps and quantum efficiency>80%. Ad esempio, il modulo FTLX8571D3BCL di FTLX8571D3BCL di Finisar utilizza diodi pin Ingaas e supporta la trasmissione di 10 km.
Amplificatore ottico: EDFA (Erbium - amplificatore fibra drogato) richiede APD per il monitoraggio dell'alimentazione ottica, con un tempo di risposta di<50ps and a dynamic range of>60 dB.
2. Dispositivi di comunicazione wireless
RF Front - end: il front RF - End delle stazioni base 5G richiede l'uso di diodi Schottky per la miscelazione e il rilevamento, con un tempo di risposta di<30ps and a cutoff frequency of>40 GHz. Ad esempio, il diodo SMS7630-079LF di Skyworks ha una perdita di conversione inferiore a 7 dB nella banda di frequenza a 28 GHz.
Interruttore dell'antenna: l'interruttore dell'antenna del sistema TDD richiede un diodo PIN con un tempo di commutazione di<50ns and an isolation of>40 dB. Ad esempio, il diodo QPD1025L di Qorvo supporta la banda di frequenza a 2,6 GHz con una perdita di inserzione della perdita di inserzione<0.3dB.
3. Apparecchiatura di comunicazione dei dati
Interfaccia ad alta velocità: le interfacce PCIE 5.0/6.0 richiedono l'uso di diodi ESD a bassa capacità con tempo di risposta<10ps and junction capacitance<0.1pF. For example, Nexperia's PESD5V0S1BA diode supports 8kV contact discharge and clamp voltage<8V.
Alimentatore del server: il controller di Oring richiede diodi Schottky per il blocco della corrente inversa, con una caduta di tensione in avanti inferiore a 0,3 V e un tempo di recupero inverso inferiore a 10N. Ad esempio, il diodo VS-10BQ100 di Vishay supporta la corrente 10A, con una caduta di tensione in avanti di soli 0,28 V.
4, Test della velocità di risposta e ottimizzazione nella pratica ingegneristica
1. Metodo di test
Time domain testing: Use an oscilloscope (bandwidth>50 GHz) per misurare il tempo di aumento/caduta del diodo. Ad esempio, l'oscilloscopio DSOX95004A Keysight può misurare accuratamente i tempi di risposta dei<10ps.
Test del dominio di frequenza: utilizzare un analizzatore di rete (VNA) per testare i parametri S e valutare la frequenza di taglio del diodo. Ad esempio, Rohde e Schwarz ZNB20 VNA possono misurare la risposta in frequenza fino a 20 GHz.
Test transitori: utilizzare un simulatore ESD (come ESD3000 del partner EMC) per applicare impulsi ± 15kV per verificare la velocità di serraggio del diodo.
2. Strategia di ottimizzazione
Architettura di protezione a più livelli: la protezione a tre livelli viene adottata in interfacce di velocità - ad alte, inclusi diodi TVS, strozzatori in modalità comune e diodi ESD a bassa capacità, per ridurre la pressione di risposta dei singoli dispositivi di stadio -.
Progettazione di compensazione della temperatura: per affrontare il problema della corrente scura che aumenta con la temperatura, viene utilizzato un resistore di coefficiente di temperatura negativo (NTC) per la regolazione dinamica di bias. Ad esempio, nei diodi pin Ingaas, il tasso di variazione della corrente scura viene ridotto dal 5%/ grado all'1%/ grado tramite NTC.
Circuito adattivo: integrazione di una rete di abbinamento sintonizzabile nella parte anteriore RF - per ottimizzare dinamicamente la velocità di risposta del diodo in base alla frequenza operativa. Ad esempio, usando gli interruttori MEMS per ottenere la commutazione di impedenza 50 Ω -75 Ω e ridurre le perdite di riflessione.

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