Quin és el principi de treball del díode PIN en la comunicació de radiofreqüència?

1, Característiques estructurals del díode PIN
Un díode PIN consisteix en una capa de semiconductor de tipus P -, una capa semiconductor intrínseca (i capa) i una capa de semiconductor tipus n -. Les capes de semiconductors de tipus P - són riques en forats, N - Les capes de semiconductors són riques en electrons, mentre que les capes semiconductors intrínseques no tenen gairebé impureses i una gran resistivitat. Aquesta estructura especial permet als díodes PIN mostrar diferents avantatges en les característiques elèctriques i les aplicacions pràctiques en comparació amb els díodes ordinaris. La presència de la capa I redueix significativament la capacitança de la unió de la unió PN, alhora que augmenta l'amplada de la regió d'esgotament, millorant així la seva resposta i sensibilitat a senyals de freqüència altes -.
2, el principi de treball del díode PIN
(1) Estat de biaix endavant
Quan el díode PIN es troba en un estat de biaix endavant, és a dir, la regió P està connectada a una tensió positiva i la regió N està connectada a una tensió negativa. En aquest punt, el camp elèctric extern debilitarà el - construït en el camp elèctric entre les regions P i N, reduint la regió d'esgotament. Sota l’acció de la força de camp elèctric, els forats de la regió P i els electrons de la regió N es difonen els uns als altres i s’injecten a la regió I. A mesura que augmenta la tensió de biaix endavant, el nombre de transportistes de càrrega injectat a la regió I augmenta. Aquests transportistes de càrrega recombinen a la regió I, formant un núvol de càrrega que redueix significativament la resistència de la regió I. Per tant, els díodes PIN presenten un estat de baixa impedància, similar a un curtcircuit, permetent que els senyals RF passin de forma fluida.
(2) Estat de biaix inversa
Quan el díode PIN es troba en un estat de biaix invers, és a dir, la regió P està connectada a una tensió negativa i la regió N està connectada a una tensió positiva. El camp elèctric extern millora el construït - en el camp elèctric entre les regions P i N, eixamplant la regió d'esgotament. Els portadors de càrrega de la regió I estan fortament atrets pel límit entre les regions P i N, i gairebé no hi ha cap núvol de càrrega present a la regió I, donant lloc a un augment de la resistència. En aquest punt, el díode PIN presenta un estat d’alta impedància, similar a un circuit obert, que pot evitar eficaçment el pas dels senyals de RF i aconseguir l’aïllament del senyal.
(3) Estat de biaix zero
Quan no hi ha tensió externa, la regió intrínseca (regió I) entre el tipus P - i N - tipus semiconductors forma una regió d'esgotament a causa de la construcció - en el camp elèctric a banda i banda, on gairebé no hi ha portadors lliures, mostren així característiques d'impedància altes.
3, el principi de funcionament del díode PIN com a component de RF
(1) Interruptor RF
L’aplicació de díodes PIN als interruptors de RF és un dels seus escenaris més importants. Si es canvia la tensió de biaix, es poden controlar els estats de conducció i tall del díode PIN, aconseguint així a - fora del control del senyal RF. Sota el biaix cap endavant, el díode PIN presenta un estat de baixa impedància, permetent que els senyals RF passin sense problemes; Sota el biaix invers, el díode PIN presenta un estat d’alta impedància i el senyal de RF està bloquejat. El rendiment dels interruptors de RF es mesura generalment per indicadors com la pèrdua d’inserció, l’aïllament i la capacitat de potència. La pèrdua d’inserció reflecteix l’atenuació del senyal d’un interruptor en estat conductor, mentre que l’aïllament indica la capacitat del commutador de bloquejar els senyals en estat obert. Per assolir els objectius de baixa pèrdua d’inserció i un aïllament elevat, els díodes de PIN solen dissenyar -se amb una estructura de capa fina I - per reduir el temps de trànsit dels portadors de càrrega i millorar la velocitat de commutació.
(2) atenuador
Els díodes PIN també es poden utilitzar com a atenuadors. En connectar diversos díodes de pin en sèrie o paral·lels i controlar la seva tensió de biaix, es pot aconseguir una atenuació variable dels senyals de RF. Quan el díode PIN està esbiaixat cap endavant, la seva impedància és baixa i l’atenuació del senyal és petita; Quan es biaixi inversament, la impedància augmenta i augmenta l’atenuació del senyal. Controlant amb precisió la tensió de biaix, es pot aconseguir un ajust precís de l'atenuació. Els atenuadors s’utilitzen en sistemes de comunicació per ajustar la intensitat del senyal, protegir els dispositius receptors d’una forta interferència del senyal i també es poden utilitzar per ajustar el guany i l’equilibri del senyal.
(3) Shifter de fase
Els díodes PIN també es poden utilitzar per dissenyar canvis de fase en sistemes de radar i comunicació. Si es canvia la tensió de biaix del díode PIN, es pot modificar la seva capacitança i inductància interna, canviant així la fase del senyal. Els canvis de fase tenen un paper crucial en el radar de matriu en fase, permetent una exploració ràpida i un control direccional del feix de radar. Controlant amb precisió la tensió de biaix de cada díode de pins, es pot aconseguir un ajust precís de la forma i la direcció del feix.
4, Avantatges dels díodes PIN en la comunicació de radiofreqüència
(1) velocitat de commutació ràpida
La velocitat de commutació dels díodes de pin és molt ràpida, cosa que pot completar la commutació ON - desactivada de senyals en molt poc temps. La velocitat de commutació depèn principalment del gruix de la capa I i de la vida dels portadors de càrrega. Optimitzant el gruix de la capa I - i seleccionant materials amb vides curtes, es pot millorar encara més la velocitat de commutació. La velocitat de commutació ràpida permet als díodes Pin complir els requisits de la comunicació de velocitat i el processament de senyalització alta-, fent -los adequats per a les aplicacions RF de velocitat alta - i High -.
(2) baixa pèrdua
Els díodes de PIN tenen una pèrdua de resistència i inserció inferior quan es biaixi cap endavant. A causa de la baixa concentració de dopatge de la capa I, la taxa de recombinació dels portadors de càrrega a la regió I és baixa, reduint així la pèrdua d'energia. La característica de baixa pèrdua permet als díodes Pin reduir l’atenuació i la distorsió del senyal durant la transmissió del senyal RF, millorant la qualitat de la transmissió del senyal.
(3) alt nivell d'aïllament
Els díodes de pin tenen una alta impedància i aïllament quan es biaixen inversament. La seva característica d’alta impedància pot aïllar eficaçment la interferència i la crisi entre diferents camins del senyal, garantint la puresa del senyal. L’aïllament elevat permet als díodes Pin per aconseguir un control i una transmissió precises de senyals en circuits de RF.
(4) Bona linealitat
Els díodes de pin presenten una bona linealitat quan es biaixi cap endavant. Hi ha una relació lineal entre el seu corrent i la tensió, que poden mantenir l’amplitud i les característiques de fase del senyal sense canvis durant la transmissió. La bona linealitat fa que els díodes PIN són adequats per a sistemes de comunicació que requereixen una alta qualitat del senyal, com ara comunicació digital, comunicació per satèl·lit, etc.
(5) Fàcil d'integrar
Els díodes PIN es poden integrar amb altres dispositius de semiconductors del mateix xip per formar sistemes de circuit integrats més potents. Mitjançant la tecnologia de circuits integrats, es poden integrar diversos díodes de pin amb altres components per aconseguir funcions de RF complexes. Aquest disseny integrat no només millora la integració i la fiabilitat del sistema, sinó que també redueix la mida i el cost del circuit.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd (2