Dans quelle mesure la linéarité des diodes PIN affecte-t-elle la qualité de la communication?

Analyse des caractéristiques linéaires de la diode PIN
1. Méthode de définition et de test de linéarité
La linéarité fait référence au degré de relation linéaire entre le signal de sortie d'un dispositif et le signal d'entrée, généralement caractérisé par des paramètres tels que le point de compression 1DB (P1DB) et le troisième point de coupure d'intermodulation d'ordre (IP3). Les méthodes de test incluent les tests à deux tons (en appliquant deux signaux de fréquence à amplitude égale -) et les tests d'analyseur de réseau vectoriel. Prenant l'exemple de la série Avago HSMP-381X, son IP3 peut atteindre +50 DBM, qui est 15DB plus élevé que les diodes Schottky ordinaires.
2. Mécanisme de génération non linéaire
La non-linéarité des diodes de broches provient principalement de:
Recombination de porteurs de couche intrinsèque: la durée de vie de la porteuse de la couche I est d'environ 10 ns, et le processus de recombinaison incomplet sous des signaux de fréquence élevés - conduit à la non-linéarité.
Modulation de capacité de jonction: Lorsqu'il est biaisé inversé, la capacité de jonction change avec la tension, générant AM - PM conversion sous l'action des signaux RF.
Effet thermique: les signaux de puissance élevée provoquent une augmentation de la température de la jonction, avec un taux de chute de tension avant de -2 mV / degré.
3. Influencer les facteurs
I - Épaisseur de couche: plus la couche I -- est épaisse, plus le temps de transit du porteur est long et plus la non-linéarité est faible. L'épaisseur de couche I - de HSMP - 3816 atteint 10 μm, et sa linéarité est meilleure que celle des appareils avec une épaisseur de couche I de 3 μm.
Courant du biais: lorsque le courant de biais avant augmente de 1 mA à 10 mA, IP3 augmente d'environ 6 dB.
Température: Dans une plage de température de -40 degré à +85, la variation IP3 du dispositif peut atteindre ± 3db.
L'impact de la linéarité sur la qualité de la communication
1. Distorsion du signal
Distorsion d'amplitude: non linéaire provoque la distorsion de l'enveloppe du signal et la détérioration du taux d'erreur bit (BER). En vertu de la modulation de 16qam, pour chaque diminution de 10 dB de l'IP3, le BER augmente d'un ordre de grandeur.
Distorsion de phase: AM - La conversion PM provoque la rotation de la constellation, affectant les performances de démodulation. Dans un système 64qam, pour chaque augmentation de 1 degré du bruit de phase, l'EVM se détériore de 0,5%.
2. Interférence d'intermodulation
Intermodulation de troisième ordre (IM3): Dans les tests à deux tons, les produits IM3 peuvent tomber dans la bande de fréquence de réception. Dans les stations de base FDD, la fréquence de différence entre les produits IM3 et les signaux d'oscillateur local peut interférer avec la liaison montante.
Modulation croisée (XM): les signaux d'interférence solides sont modulés sur des signaux utiles via des dispositifs non linéaires. Dans les systèmes Wi Fi 6E, les produits XM peuvent entraîner une diminution de 20 dB du rapport d'interférence du canal adjacent (ACIR).
3. Compression de plage dynamique
Point de compression 1DB: Lorsque la puissance d'entrée dépasse P1DB, la croissance de la puissance de sortie ralentit. Dans les récepteurs radar, pour chaque diminution de 1 dB de P1DB, la distance détectable maximale diminue de 6%.
Effet de blocage: de forts signaux d'interférence saturent l'extrémité avant du récepteur, conduisant à une diminution de la sensibilité. Dans les systèmes NR 5G, les signaux de blocage peuvent dégrader la sensibilité de 30 dB.
Analyse de cas d'application de l'industrie
1. 5 g Station de base Station RF
Un certain fabricant d'équipements utilise la diode Pin de série HSMP-3816 pour concevoir des commutateurs RF, réalisant:
Perte d'insertion: 0,3 dB (valeur typique)
Niveau d'isolement: 45 dB
Ip3: +52 dbm
Par rapport aux interrupteurs de mesfet GaAs traditionnels, le produit d'intermodulation est réduit de 15 dB, entraînant une augmentation de 8% du rayon de couverture de la station de base.
2. Atténuateur de communication par satellite
Une certaine charge utile satellite utilise un atténuateur de variables de diodes PIN à réaliser:
Plage d'atténuation: 0-30 dB
Planéité d'atténuation: ± 0,5 dB
Ip3: +48 dbm
En mode de fonctionnement multiproprié, EVM a été optimisé de 3,5% à 1,2%, répondant aux exigences de la norme DVB - S2X.
3. Limiter du système radar
Un radar à réseau phasé utilise un limiteur de diode à épingle à réaliser:
Seuil limitant: +20 DBM
Perte d'insertion: 0,8 dB
Temps de récupération: 10NS
Dans des environnements d'interférence solides, l'efficacité de protection finale avant - du récepteur est augmentée de 90%, et la probabilité de détection cible est augmentée de 15%.
Stratégie d'optimisation et progrès technologique
1. Optimisation du niveau de l'appareil
Innovation du matériau: en utilisant des diodes de broches à base de carbure de silicium (SIC), la tension de panne est augmentée à 1200 V et l'IP3 peut atteindre +60 DBM.
Conception structurelle: développez une diode de broche intégrée dimensionnelle de trois - avec une capacité de jonction réduite de 0,2pf et un coefficient de conversion AM - PM de moins de 0,5 degré / dB.
2. Optimisation du niveau de circuit
Compensation de biais: le circuit de biais de compensation de température est utilisé pour garantir que la fluctuation de l'IP3 dans la plage de température de -40 degrés à +85 est inférieure à ± 1DB.
Technique de linéarisation: introduction d'une boucle de rétroaction négative dans l'atténuateur pour optimiser la planéité d'atténuation à ± 0,2 dB.
3. Optimisation du niveau du système
Pré-distorsion numérique (DPD): combinée à un modèle non linéaire de diode à broches, l'ACLR de l'émetteur est augmenté de 25 dB.
Contrôle adaptatif: ajustez dynamiquement le courant de biais en fonction de la puissance du signal pour augmenter P1DB par 3DB.
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