Com incrustar díodes en circuits de comunicació integrats híbrids?

一, posicionament funcional del nucli dels díodes en integració híbrida
1. Rectificació i detecció del senyal: un pont de l'analògic a la digital
Al mòdul final de RF frontal -, els díodes aconsegueixen la demodulació del senyal mitjançant característiques no lineals. Per exemple, en la comunicació d’ones mil·límetres de 5G, els díodes de nitrur de gali (GAN), amb la seva alta mobilitat d’electrons ultra -, pot aconseguir una rectificació de senyal eficient en la banda de freqüència de 24GHz - 52GHz, convertint els senyals modulats en amplitud en senyals de banda de base. Després que un determinat model de l'estació base 5G adopti una matriu de díodes GaN, el consum d'energia frontal de RF es redueix un 30%i també admet la tecnologia de compartició d'espectres dinàmics (DSS), millorant significativament la utilització de l'espectre.
2. Estabilitat i protecció de tensió: els límits de seguretat del circuit de construcció
Els díodes Zener tenen un paper crucial en la gestió de la potència integrada híbrida. Al mòdul de conversió DC - d’un terminal de comunicació de satèl·lit, s’utilitza un díode zener amb una tensió d’interrupció inversa de 6,2V, combinat amb una resistència de limitació de corrent de 0,1 Ω, per formar un circuit de protecció sobre sobretensió. Quan la tensió d’entrada augmenta de sobte a 8V, el díode realitza shunt dins de 10ns, estabilitzant la tensió de càrrega dins del rang de 6,2V ± 0,1V i protegint l’ARN de l’etapa posterior (amplificador de soroll baix) dels danys.
3. Commutació i modulació: assolir el control de senyal dinàmic
Els díodes Schottky s’utilitzen àmpliament en mòduls T/R del radar de matriu en fase a causa del seu temps de recuperació inversa ultra ràpida (<10ns). A certain model of active phased array antenna uses SiC Schottky diode as the phase shifter switch, with an insertion loss of less than 0.2dB and an isolation of 40dB. It supports fast beam scanning (switching time<50ns), meeting the strict real-time requirements of airborne radar.
2, Innovació de materials impulsos del disseny
1. Wide BandGap Semiconductor: Remodexació del límit de rendiment de freqüència alta -
Els díodes de carbur de silici (sic) demostren avantatges en la tensió alta - i els escenaris de freqüència alts -. Un determinat mòdul de comunicació de vehicles adopta un díode de pin de l'estructura vertical, amb una densitat de corrent de 200A/cm ² i una caiguda de tensió de tensió de només 1,2V, que és un 40% inferior als díodes tradicionals de silici. En la comunicació V2X per a vehicles elèctrics, aquest dispositiu admet una transmissió de potència de 100 W i redueix el volum del radiador en un 60%, ajudant amb el disseny lleuger de tot el vehicle.
2.
Els díodes de grafè han fet avenços en la investigació prèvia de la comunicació 6G Terahertz a causa de les seves característiques de banda zero. El díode heterojunció de grafè desenvolupat per un cert laboratori aconsegueix una proporció de commutació de més de 1000 a la banda de freqüència de 0,3THZ i un temps de resposta que es va reduir al nivell femtosegon. Aquest dispositiu es pot integrar en xips d’imatge Terahertz per a equips de seguretat aeroportuaris, amb una resolució de 0,1 mm, que és 10 vegades superior als sistemes tradicionals d’ones mil·limètriques.
3. Tecnologia d’integració heterogènia: trencar el coll d’ampolla de la compatibilitat del procés
En resposta a la incompatibilitat entre els processos GaN i CMOS, una determinada empresa ha desenvolupat una solució d'integració heterogènia dimensional de tres {0-: integrar una matriu de díodes Ga de 0,15 μ m en un substrat CMOS de 45nm mitjançant la tecnologia de soldadura de micro -bump. Aquest esquema aconsegueix una eficiència de potència afegida (PAE) del 55% a la banda KU (12 - 18GHz), que és de 15 punts percentuals superiors al esquema integrat d’un sol xip. S'ha aplicat en el disseny de càrregues útils de satèl·lit d'òrbita baixa.
3, El canvi de paradigma en la metodologia de disseny
1. Simulació col·laborativa de camps multifísics mecànics tèrmics electromagnètics
En el disseny d’un mòdul de comunicació d’ones mil·límetres, es va utilitzar ANSYS HFSS i la plataforma de simulació articular IcePak per realitzar el modelat 3D de díodes SIC. Optimitzant la disposició dels canals de dissipació de calor, la temperatura de la unió es va reduir de 150 a 120 graus, mentre que controlava la deformació de les juntes de soldadura causada per la tensió tèrmica de 0,5 μ m, assegurant un funcionament fiable del dispositiu en un ampli rang de temperatura de -55 a 125 graus.
2. Construcció de la biblioteca de models parametrizats
Un determinat fabricant EDA ha desenvolupat una biblioteca de models SPICE que conté més de 300 paràmetres per a un nou tipus de díode. Aquesta biblioteca cobreix dades com S - paràmetres i xifres de soroll a diferents temperatures (-40 graus a 175 graus) i condicions de biaix, i admet l'accés directe a eines principals com ara anuncis i cadència. En el disseny d’una estació de base petita de 5G, l’aplicació d’aquesta biblioteca de models va reduir el cicle d’iteració de disseny de 8 setmanes a 3 setmanes i va augmentar la taxa d’èxit d’una producció de xip al 90%.
3. Disseny per a la fabricació (DFM) Optimització
Una determinada empresa ha establert una biblioteca de regles DFM per a micro díodes empaquetats el 01005 (0,4 mm × 0,2mm):
Espai entre PAD: superior o igual a 50 μ m
Gruix de malla d’acer: 0,08 mm ± 0,01 mm
Temperatura màxima de la soldadura de reflow: 245 graus ± 5 graus
Optimitzant els paràmetres d’impressió de pasta de soldadura, la taxa de void de soldadura es va reduir del 15% a menys del 3%, complint els requisits de l’estàndard AEC - Q101 per a l’electrònica d’automòbils.
4, Anàlisi típica de l'escenari d'aplicacions
1. 5 g base base rf frontal - final
Un determinat model d’estació base MIMO massiva adopta un esquema d’integració híbrida, integrant una xarxa de commutador de fase composta per 256 díodes Gan. Optimitzant la disposició, la diferència en la longitud de la ruta del senyal es controla dins de ± 50 μ m, i l'error de consistència de fase és inferior a 1 grau. Admet la configuració de l'antena 64T64R i aconsegueix una taxa màxima de 8,5 Gbps.
2. Comunicació per satèl·lit Array per fase
Una certa càrrega útil de satèl·lit d’òrbita baixa utilitza díodes SIC per construir mòduls T/R, amb una densitat de potència de 50W/cm ², que és tres vegades superior al l’esquema GAAS tradicional. En dissenyar una estructura vertical dimensional de tres -, la pèrdua de transmissió del senyal RF es redueix a 0,1dB/cm, donant suport a la transmissió de dades de 20gbps a la banda KA (26,5-40GHz).
3. Mòdul de comunicació del vehicle V2X
Un determinat vehicle energètic adopta un disseny integrat híbrid, integrant els controladors LED, la gestió de la potència i les funcions finals de RF frontal -. Entre ells, Sic Schottky Diodes suporta 48V a 12V DC - DC Conversió amb una eficiència del 98%; L’amplificador de potència GaN aconsegueix una potència de sortida de 23dBm a la banda de freqüència de 5,9 GHz, complint els requisits de l’estàndard C {{8} V2X.
https://www.trrsemicon.com/Transistor/npn{ {2 ]Transistor (3