Como otimizar os parâmetros de capacitância dos diodos na comunicação de RF?

1, Análise das características da capacitância do diodo
(1) Composição do capacitor e resposta de frequência
The capacitance of a diode is composed of barrier capacitance (CB) and diffusion capacitance (CD). When conducting forward, CD dominates and its value increases with the increase of current; When the reverse cutoff occurs, CB dominates. In high-frequency scenarios, the equivalent capacitance of the diode can reach 5-15pF (frequency>100MHz), que pode levar à falha do módulo de RF. Por exemplo, o módulo PA de uma certa estação base 5G sofreu uma diminuição de 2,3% no desempenho do EVM devido à capacitância excessiva do diodo. Depois de otimizar os parâmetros de capacitância, o desempenho foi restaurado.
(2) Características do diodo varactor
O valor da capacitância de um diodo de varactor varia com a tensão de polarização reversa e sua tensão de capacitância (C - v) Curva característica determina a faixa de ajuste e a linearidade. A razão de capacitância de um diodo de varactor típico é 2 - 20. Por exemplo, quando a tensão de viés reversa de um determinado modelo muda de -2V para -20V, a capacitância pode ser reduzida de 30pf para 5pf, e a proporção do varactor pode atingir 6. No projeto de um oscilador controlado por tensão (VCO), é necessário selecionar a ração de varor apropriada baseada na faixa de ajuste. Por exemplo, para frequências abaixo de 600 MHz, são considerados modelos de valor Q médio como o BBY52, enquanto as frequências entre 1-6 GHz, SMV1405 e MA46H séries são consideradas.
(3) Características do diodo PIN
Quando um diodo pino é tendencioso a frente, a concentração da transportadora na camada I aumenta e a resistência diminui; Quando tendencioso reverso, a resistência da camada I aumenta, resultando em alta impedância. Suas características de capacitância estão intimamente relacionadas à largura da camada i - e tensão de polarização. Por exemplo, um diodo PIN possui uma capacitância de 0,5pf com viés zero e, quando a tensão de polarização reversa aumenta para -10V, a capacitância cai para 0,2pf. No design da chave de RF, o diodo PIN apropriado precisa ser selecionado com base nos requisitos de velocidade e isolamento da chave.
2, Estratégia de otimização para parâmetros do capacitor
(1) otimização de seleção de componentes
Aplicações de alta frequência: os diodos Schottky são preferidos para links de RF, com CB tão baixo quanto 0,5pf e velocidades de comutação até nanossegundos. Por exemplo, um circuito de ajuste da antena de telefone celular usa diodos Schottky para obter um processamento eficiente de sinais de frequência--.
Cenário de controle de tensão: o ajuste da frequência é alcançado usando diodos de varactor. Por exemplo, um equipamento de estação base usa diodos varactos com uma faixa de capacitância de 0,63-2,67pf (variação de tensão reversa de 4V) e um valor Q de 1000 a 900 MHz para atender aos requisitos de alta linearidade.
Ambiente de alta temperatura: escolha Ultra - baixa resistência em série (0,4 Ω) e use diodos de varactor em miniatura 0402. Por exemplo, um sistema de comunicação de satélite usa esses diodos, que ainda têm um valor Q de 500 a 2GHz, adequado para altos ambientes de trabalho de temperatura - e altos - de temperatura.
(2) otimização do projeto do circuito
Design do capacitor em série: em circuitos variáveis ​​de ajuste de diodo de capacitância, os capacitores de séries podem reduzir a capacitância eficaz e melhorar a precisão da ajuste. Por exemplo, em um determinado circuito VCO, um capacitor de 22pf é conectado em série, o que reduz a capacitância efetiva do diodo do varactor e melhora a precisão da regulação da frequência de controle de tensão.
Voltar para trás conexão: Dois diodos de varactor estão conectados de volta - a - de volta para suprimir a influência dos sinais de RF na capacitância. Por exemplo, um circuito de microfone sem fio usa esse método de conexão, que aumenta a capacitância de um diodo enquanto diminui a capacitância do outro diodo, mantendo a constante de capacitância total.
Ajuste segmentada: o controle segmentado da faixa de frequência é alcançado através de diodos de comutação, reduzindo a pressão de ajuste nos diodos varactos. Por exemplo, um circuito de oscilação controlada por tensão de 40-70MHz adota um método de ajuste segmentado para obter ajuste de frequência grossa e fina.
(3) otimização de compensação de temperatura
Compensação de seleção: escolha um diodo de capacitância variável com - na compensação de temperatura, como o modelo MA46H202, cuja capacitância muda menos com a temperatura.
Compensação do circuito: Uma rede de compensação é construída usando termistores NTC, que ajustam a tensão de polarização de acordo com as mudanças de temperatura para manter a estabilidade do capacitor. Por exemplo, um determinado sistema de radar usa esse método para fazer com que o capacitor flutue menos de 5% dentro da faixa de -40 a 85 graus.
3, considerações de embalagem e layout
(1) Seleção de embalagem
Parâmetros parasitários baixos: SOT - 23 A embalagem reduz a indutância parasitária em 30% em comparação com a embalagem SOD-323, e a embalagem de chip de flip pode reduzir a indutância em série para 0,1NH. Por exemplo, um circuito de alta frequência usando um diodo de varactor na embalagem do chip de flip reduz a indutância parasitária e melhora a integridade do sinal.
Miniaturização: 0402 A embalagem é adequada para altas - frequência e alta - ambientes de trabalho de temperatura. Por exemplo, um sistema de radar de onda milimétrico usa 0402 diodos de varactor embalados para atender aos requisitos de espaço e desempenho.
(2) otimização do layout da PCB
Aterramento via: A distância entre o aterramento via e o pino não deve exceder 0,3 mm para reduzir a impedância de aterramento. Por exemplo, o módulo PA de uma certa estação base 5G melhorou o índice EVM, otimizando o layout das vias de aterramento.
Impedância de roteamento: controle a impedância de roteamento da linha de controle para manter 50 Ω, reduzindo a reflexão do sinal. Por exemplo, um certo circuito de RF usa linhas de microfita com controle de impedância de 50 Ω, o que melhora a integridade do sinal.
Escudo e isolamento: Atenção de planos de terra e vias de aterramento da grade são usados ​​para reduzir a interferência eletromagnética. Por exemplo, um módulo de carregamento sem fio de um determinado telefone celular adota esse método para melhorar a precisão do ajuste adaptativo da frequência de ressonância.
4, validação de teste e validação de parâmetros
(1) Teste de parâmetros do capacitor
Analisador de rede vetorial: use um analisador de rede vetorial para medir os parâmetros S dos diodos e obter a capacitância real e os valores Q. Por exemplo, um determinado sistema de seleção verifica se a faixa de capacitância e o valor Q do diodo do varactor atendem aos requisitos de projeto medindo o parâmetro S.
Teste de temperatura: teste a estabilidade da temperatura do capacitor dentro da faixa de -40 a 125 graus para garantir que ele ainda possa funcionar normalmente em ambientes extremos. Por exemplo, um determinado equipamento industrial passa por testes de temperatura para verificar se a flutuação da capacitância do diodo do varactor está dentro da faixa permitida.
(2) Verificação de desempenho do circuito
Verificação da faixa de ajuste: verifique se o intervalo de ajuste do diodo do varactor atende aos requisitos de projeto por meio de testes reais de circuito. Por exemplo, um certo circuito VCO verifica se sua faixa de ajuste de frequência cobre a banda de frequência de destino ajustando a tensão de polarização.
Verificação de ruído e distorção: Meça o ruído da fase e a distorção harmônica do circuito para garantir que a otimização dos parâmetros de capacitância do diodo não introduz ruído ou distorção adicional. Por exemplo, um determinado sistema de radar verifica se a otimização da capacitância do diodo do varactor atende aos requisitos do sistema medindo o ruído da fase.
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