Quelle est l'exigence de vitesse de réponse pour les diodes dans l'équipement de communication?
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一, l'exigence de base de l'équipement de communication pour la vitesse de réponse aux diodes
La demande de vitesse de réponse aux diodes dans les équipements de communication découle de trois principaux défis techniques:
Intégrité du signal à grande vitesse: l'interface PCIe 6.0 nécessite une augmentation du signal / un temps de chute inférieur ou égal à 50ps, et la diode correspondante doit avoir une vitesse de réponse de<10ps to avoid signal distortion.
Construction de protection transitoire: les dispositifs de protection ESD doivent terminer l'action de serrage dans les 1NS pour empêcher la surtension transitoire de pénétrer la puce.
Optical communication sensitivity: 100Gbps optical module requires PIN photodiode rise time ≤ 50ps and quantum efficiency>70% pour prendre en charge la transmission de distance longue -.
Prenant l'exemple des stations de base 5G, leur Front RF - a besoin d'utiliser des diodes Schottky (telles que la série SS12-SS110), avec un temps de réponse inférieur à 50ps et une capacité de jonction de moins de 0,3PF, pour assurer une détection et une redresse efficaces dans la bande de fréquence à 3,5 GHz.
2, le chemin de mise en œuvre technique de la vitesse de réponse aux diodes
1. L'optimisation structurelle améliore la vitesse de réponse
Photodiode de broches: En insérant une couche intrinsèque (couche I) entre les régions P et N, la largeur de la région de déplétion est étendue à 10-100 μm, réduisant le temps de dérive de la porteuse à 0,1-1 ns. Par exemple, la diode PIN Ingaas a une réactivité de 0,84 A / W et un temps de montée de<50 ps at a wavelength of 1.55 μ m.
Avalanche Photodiode (APD): utilisant l'effet de multiplication de l'avalanche pour améliorer le gain, tout en optimisant la distribution du champ électrique pour réduire le temps de transit. Par exemple, dans un système de 10 Gbit / s, INP / INGAAS APD a un temps de réponse inférieur à 100ps et un gain jusqu'à 100 fois.
2. L'innovation matérielle brise les goulots d'étranglement des performances
Semi-conducteurs de bande interdite larges: des matériaux tels que GaAs et 6H SIC ont une mobilité électronique élevée (GaAs jusqu'à 8500 cm ² / V · s), ce qui peut améliorer considérablement la vitesse de dérive des porteurs. Par exemple, les diodes de broches GAAS ont un temps de réponse inférieur à 30ps dans la bande de fréquences à 10 GHz.
Structure d'hétérojonction: L'hétérojonction Ingaas / INP réduit le courant sombre et améliore la vitesse de réponse grâce à l'ingénierie de la bande. Par exemple, une diode à broches d'hétérojonction a un courant sombre<2nA and a responsivity>0,6A / W à une longueur d'onde de 1,3 μm.
3. Packaging and Circuit Collaborative Design
Emballage à faible capacité: utilisation de la technologie des puces FLIP pour réduire la capacité de jonction à moins de 0,1 pf. Par exemple, la diode ESD DW05 - 4R2PC-S est emballée en 3D et a une capacité de jonction de seulement 0,2 pf, prenant en charge la transmission de 20 Gops via l'interface USB4.
Optimisation du circuit de correspondance: compensez les paramètres parasites de la diode via le circuit RLC pour réduire la constante de temps RC. Par exemple, dans la conception de la fin 5G RF Front -, un réseau de filtrage de type π - est utilisé pour optimiser le temps de réponse de la diode à<20ps.
3, exigences pour la vitesse de réponse aux diodes de l'équipement de communication typique
1. Équipement de communication en fibre optique
Light receiving module: 100Gbps QSFP28 optical module requires PIN diode rise time ≤ 30ps and quantum efficiency>80%. Par exemple, le module FTLX8571D3BCL de Finisar utilise des diodes de broches ingaas et prend en charge la transmission de 10 km.
Amplificateur optique: EDFA (Erbium - Amplificateur à fibres dopés) nécessite un APD pour la surveillance de la puissance optique, avec un temps de réponse de<50ps and a dynamic range of>60 dB.
2. Dispositifs de communication sans fil
RF Front - Fin: le RF Front - End of 5G Base Stations nécessite l'utilisation de diodes Schottky pour le mélange et la détection, avec un temps de réponse de<30ps and a cutoff frequency of>40 GHz. Par exemple, la diode SMS7630-079LF de Skyworks a une perte de conversion inférieure à 7 dB dans la bande de fréquence de 28 GHz.
Interrupteur d'antenne: l'interrupteur d'antenne système TDD nécessite une diode à broches avec un temps de commutation de<50ns and an isolation of>40 dB. Par exemple, la diode QPD1025L de Qorvo prend en charge la bande de fréquence de 2,6 GHz avec une perte d'insertion de<0.3dB.
3. Équipement de communication de données
Interface à haute vitesse: les interfaces PCIe 5.0 / 6.0 nécessitent l'utilisation de diodes ESD à faible capacité avec temps de réponse<10ps and junction capacitance<0.1pF. For example, Nexperia's PESD5V0S1BA diode supports 8kV contact discharge and clamp voltage<8V.
Alimentation du serveur: le contrôleur oring nécessite des diodes Schottky pour le blocage du courant inversé, avec une baisse de tension vers l'avant inférieure à 0,3 V et un temps de récupération inversé inférieur à 10 ns. Par exemple, la diode VS-10BQ100 de Vishay prend en charge le courant 10A, avec une baisse de tension directe de seulement 0,28 V.
4, tests de vitesse de réponse et optimisation dans la pratique de l'ingénierie
1. Méthode de test
Time domain testing: Use an oscilloscope (bandwidth>50 GHz) pour mesurer le temps de montée / baisse de la diode. Par exemple, l'oscilloscope Keysight DSOX95004A peut mesurer avec précision les temps de réponse de<10ps.
Test de domaine de fréquence: utilisez un analyseur de réseau (VNA) pour tester les paramètres S et évaluer la fréquence de coupure de diode. Par exemple, Rohde & Schwarz ZNB20 VNA peut mesurer la réponse en fréquence jusqu'à 20 GHz.
Test transitoire: utilisez un simulateur ESD (tel que EMC partenaire ESD3000) pour appliquer des impulsions de ± 15kV pour vérifier la vitesse de serrage de la diode.
2. Stratégie d'optimisation
Architecture de protection multi-niveaux: la protection à trois niveaux est adoptée dans les interfaces de vitesse élevées -, y compris les diodes TVS, les boucles en mode commun et les diodes ESD à faible capacité, pour réduire la pression de réponse des dispositifs de scène simples -.
Conception de compensation de température: Pour résoudre le problème du courant sombre, augmentant avec la température, une résistance de coefficient de température négative (NTC) est utilisée pour un ajustement de biais dynamique. Par exemple, dans les diodes de broches ingaas, le taux de changement de courant sombre est réduit de 5% / degré à 1% / degré via NTC.
Circuit adaptatif: intégration d'un réseau de correspondance accordable dans la fin RF Front - pour optimiser dynamiquement la vitesse de réponse des diodes en fonction de la fréquence de fonctionnement. Par exemple, l'utilisation de commutateurs MEMS pour obtenir une commutation d'impédance de 50 Ω -75 Ω et réduire les pertes de réflexion.
