Perangkat frekuensi radio adalah komponen dasar untuk mewujudkan transmisi dan penerimaan sinyal, dan merupakan inti dari komunikasi nirkabel, terutama termasuk filter (Filter), penguat daya (PA),Switch frekuensi radio (Switch), amplifier low noise (LNA), tuner antena (Tuner) dan duplex/multiplexer (Du/Multiplexer) dan jenis perangkat lainnya.penguat daya adalah perangkat untuk memperkuat sinyal frekuensi radio, yang secara langsung menentukan parameter kunci seperti jarak komunikasi nirkabel dan kualitas sinyal antara terminal seluler dan stasiun dasar.
Penguat daya (PA, Power Amplifier) adalah komponen inti dari front-end RF. It uses the current control function of the triode or the voltage control function of the field effect tube to convert the power of the power supply into a current that changes according to the input signal. PA terutama digunakan dalam link transmisi. Dengan memperkuat sinyal frekuensi radio yang lemah dari saluran transmisi, sinyal dapat berhasil mendapatkan daya yang cukup tinggi,untuk mencapai kualitas komunikasi yang lebih tinggi dan jarak komunikasi yang lebih panjangOleh karena itu, kinerja PA dapat secara langsung menentukan stabilitas dan kekuatan sinyal komunikasi.
Aplikasi Perangkat RF
Dengan perkembangan terus-menerus dari bahan semikonduktor, penguat daya juga telah mengalami tiga rute teknis utama CMOS, GaAs, dan GaN.Bahan semikonduktor generasi pertama adalah CMOS, dengan teknologi yang matang dan kapasitas produksi yang stabil. Kekurangannya adalah bahwa ada batas untuk frekuensi operasi, dan frekuensi efektif tertinggi di bawah 3GHz.Bahan semikonduktor generasi kedua terutama menggunakan GaAs atau SiGe, yang memiliki tegangan pemecahan yang lebih tinggi dan dapat digunakan untuk aplikasi perangkat daya tinggi dan frekuensi tinggi, tetapi daya perangkat lebih rendah, biasanya kurang dari 50W.Bahan semikonduktor generasi ketiga GaN memiliki karakteristik mobilitas elektron yang lebih tinggi dan kecepatan switching yang cepat, yang menebus kekurangan dari dua teknologi tradisional GaAs dan LDMOS berbasis Si. Sementara mencerminkan kinerja frekuensi tinggi GaAs, ia menggabungkan keuntungan dari LDMOS berbasis Si.kemampuan penanganan dayaOleh karena itu, secara signifikan lebih kuat daripada GaAs dalam kinerja, memiliki keuntungan yang signifikan dalam aplikasi frekuensi tinggi, dan memiliki potensi besar dalam frekuensi radio gelombang mikro,IDC dan bidang lainnyaDengan percepatan pembangunan stasiun pangkalan 5G di seluruh negeri, pasar perangkat frekuensi radio GaN domestik telah tumbuh secara eksponensial.dan diperkirakan akan merilis permintaan baru untuk GaN PA melebihi 100 miliar yuanTingkat penetrasi perangkat GaN RF di stasiun pangkalan 5G diperkirakan akan mencapai 70% dalam tiga sampai lima tahun ke depan.
Perangkat GaN HEMT
GaN HEMT (High Electron Mobility Transistors, Nitride High Electron Mobility Transistor), sebagai perwakilan perangkat semikonduktor wide bandgap (WBG), memiliki mobilitas elektron yang lebih tinggi,kecepatan elektron jenuh dan tingkat dampak dibandingkan dengan perangkat Si dan SiCKarena keunggulan bahan, GaN memiliki karakteristik daya dan frekuensi yang sangat baik dan kehilangan daya yang rendah dalam kondisi operasi frekuensi tinggi.
GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) adalah jenis gas elektron dua dimensi (2DEG) yang menggunakan akumulasi penghalang potensial dalam antara heterojunction sebagai saluran konduktif,dan mencapai konduksi di bawah regulasi bias tegangan di dua terminal gerbangKarena efek polarisasi yang kuat dalam heterojunction yang terbentuk oleh bahan GaN,sejumlah besar elektron terikat pertama dihasilkan di sumur kuantum di antarmuka heterojunctionStruktur dasar dari alat AlGaN/Ga N-HEMT khas ditunjukkan pada Gambar 5 di bawah ini.Lapisan bawah perangkat adalah lapisan substrat (biasanya SiC atau Si material), dan kemudian lapisan penyangga GaN tipe N yang tumbuh secara epitaksial, dan lapisan penghalang AlGaN tipe P yang tumbuh secara epitaksial, membentuk heterojunction AlGaN / GaN. Akhirnya, gerbang (G),sumber (S) dan pembuangan (D) disimpan pada lapisan AlGaN untuk membentuk kontak Schottky untuk doping konsentrasi tinggi, dan dihubungkan dengan gas elektron dua dimensi di saluran untuk membentuk kontak ohmic.
Voltan sumber pembuangan VDS menghasilkan medan listrik lateral di saluran.gas elektron dua dimensi diangkut di sepanjang antarmuka heterojunction untuk membentuk arus output pembuangan IDSGerbang berada dalam kontak Schottky dengan lapisan penghalang AlGaN, dan kedalaman sumur potensial di heterojunction AlGaN / GaN dikendalikan oleh besarnya tegangan gerbang VGS,dan kepadatan permukaan gas elektron dua dimensi di saluran berubah, sehingga mengontrol kepadatan internal saluran. arus output pembuangan.
Penampilan perangkat GaN HEMT dan diagram sirkuit
Diagram skema struktur perangkat GaN HEMT
Evaluasi perangkat GaN HEMT umumnya mencakup karakteristik DC (tes DC l-V), karakteristik frekuensi (tes S-parameter sinyal kecil), dan karakteristik daya (tes Load-Pull).
Uji karakteristik DC
Seperti transistor berbasis silikon, perangkat GaN HEMT juga membutuhkan pengujian DC l-V untuk mencirikan kemampuan output DC dan kondisi kerja perangkat.,BVD, gfs, dll, di antaranya arus keluaran lps dan transkonduktansi gm adalah dua parameter paling inti.
GaN HEMTGaN Spesifikasi perangkat HEMT
Kurva karakteristik output perangkat GaN HEMT
Uji karakteristik frekuensi
Uji parameter frekuensi perangkat RF mencakup pengukuran parameter sinyal kecil S, intermodulasi (IMD), angka kebisingan dan karakteristik palsu.uji S-parameter menggambarkan karakteristik dasar perangkat RF pada frekuensi yang berbeda dan untuk tingkat daya sinyal yang berbeda, dan mengukur bagaimana energi RF menyebar melalui sistem.
Parameter S juga merupakan parameter dispersi.S-parameter adalah alat untuk menggambarkan perilaku listrik komponen di bawah eksitasi sinyal frekuensi tinggi yang menunjukkan karakteristik frekuensi radioHal ini direalisasikan oleh kuantitas fisik terukur yang "tercerai-berai".Ukuran kuantitas fisik yang diukur mencerminkan bahwa komponen dengan karakteristik yang berbeda akan "menyebarkan" sinyal masukan yang sama ke tingkat yang berbeda.
Menggunakan S-parameter sinyal kecil, kita dapat menentukan karakteristik RF mendasar termasuk rasio gelombang tegangan berdiri (VSWR), kehilangan kembali, kehilangan sisipan, atau keuntungan pada frekuensi tertentu.S-parameter sinyal kecil biasanya diukur dengan menggunakan sinyal eksitasi gelombang terus menerus (CW) dan menerapkan deteksi respons pita sempitNamun, banyak perangkat RF dirancang untuk beroperasi dengan sinyal berdenyut yang memiliki respon domain frekuensi yang luas.Hal ini membuat sulit untuk secara akurat menggambarkan perangkat RF menggunakan metode deteksi pita sempit standarOleh karena itu, untuk karakterisasi perangkat dalam modus berdenyut, yang disebut parameter S berdenyut sering digunakan. parameter penyebaran ini diperoleh dengan teknik pengukuran respons impuls khusus.Saat ini, beberapa perusahaan telah mengadopsi metode pulsa untuk menguji parameter S, dan rentang spesifikasi tes adalah: lebar pulsa 100us, siklus kerja 10 ~ 20%.
Karena keterbatasan bahan perangkat GaN dan proses produksi, perangkat tidak dapat dihindari memiliki cacat, yang menyebabkan keruntuhan arus, penundaan gerbang dan fenomena lainnya.Dalam kondisi kerja frekuensi radio, arus keluar dari perangkat menurun, dan tegangan lutut meningkat, yang akhirnya mengurangi daya keluar dan memburuk kinerja.metode pengujian denyut diperlukan untuk memperoleh status operasi nyata perangkat dalam mode kerja denyutPada tingkat penelitian ilmiah, dampak lebar denyut pada kemampuan output saat ini juga sedang diverifikasi.
Uji karakteristik daya (uji tarik beban)
Perangkat GaN HEMT memiliki karakteristik yang sangat baik untuk beradaptasi dengan kondisi frekuensi tinggi dan daya tinggi.pengujian S-parameter sinyal kecil sulit untuk memenuhi persyaratan pengujian perangkat bertenaga tinggi. Load-pull test (Load-Pull test) sangat penting untuk evaluasi kinerja perangkat daya di bawah kondisi kerja nonlinear, dan dapat membantu desain yang cocok dari amplifier daya RF.Dalam desain sirkuit frekuensi radio, perlu untuk mencocokkan terminal input dan output perangkat frekuensi radio dengan keadaan pencocokan bulat umum.Peningkatan perangkat adalah linier, tetapi ketika daya masukan perangkat ditingkatkan untuk membuatnya bekerja dalam keadaan nonlinear sinyal besar, karena daya tarik perangkat, impedansi terbaik perangkat akan dihasilkan.Titiknya bergeserOleh karena itu, untuk mendapatkan titik impedansi terbaik dan parameter daya yang sesuai seperti daya keluar dan efisiensi perangkat RF dalam keadaan kerja nonlinear,perlu melakukan tes beban-penarik sinyal besar pada perangkat, sehingga perangkat dapat mengubah terminal output perangkat di bawah daya input tetap. Nilai impedansi beban yang dicocokkan digunakan untuk menemukan titik impedansi terbaik.Peningkatan daya (Gain), kepadatan daya output (Pout), dan efisiensi daya tambahan (PAE) adalah parameter pertimbangan penting untuk karakteristik daya perangkat RF GaN.
Sistem Uji Karakteristik DC l-V Berdasarkan S/CS Series Source Measure Meter
Seluruh set sistem pengujian didasarkan pada Precise S/CS seri sumber ukuran meter, dengan stasiun probe dan perangkat lunak pengujian khusus, dapat digunakan untuk GaN HEMT, GaAs RF perangkat DC parameter tes,termasuk tegangan ambang, arus, kurva karakteristik output, dll.
S/CS Series DC Sumber ukuran Meter
Meter pengukuran sumber seri S adalah meter pengukuran sumber lokal pertama dengan presisi tinggi, rentang dinamis yang besar dan sentuhan digital yang telah dibangun oleh PRECISE selama bertahun-tahun.Ini mengintegrasikan berbagai fungsi seperti input dan output tegangan dan arus, dan pengukuran. Tegangan maksimum adalah 300V, dan arus maksimum adalah 1A. Mendukung kerja empat kuadran, mendukung mode pemindaian linier, logaritma, kustom dan lainnya.Hal ini dapat digunakan untuk DC l-V tes karakteristik GaN dan GaAs bahan RF dalam produksi dan R & D, serta keripik.
CS series plug-in source measure meter (host + sub-card) adalah produk uji modular yang diluncurkan untuk skenario uji multi-saluran.Hingga 10 sub-kartu dapat dipilih untuk perangkat pengukuran sumber plug-in Precise, yang memiliki beberapa fungsi seperti tegangan dan arus input dan output, dan pengukuran. tegangan maksimum adalah 300V, arus maksimum adalah 1A, mendukung kerja empat kuadran,dan memiliki kepadatan saluran yang tinggi. , Fungsi pemicu sinkron yang kuat, efisiensi tinggi dari kombinasi multi-perangkat, dll.
Untuk uji karakteristik DC dari perangkat RF, tegangan gerbang umumnya dalam ± 10V, dan tegangan sumber dan pembuangan dalam 60V. Selain itu, karena perangkat adalah tipe tiga port,minimal 2 unit pengukuran sumber S atau kartu anak CS 2 saluran diperlukan.
Uji kurva karakteristik output
Dalam kasus gerbang dan tegangan sumber tertentu VGs, kurva perubahan antara sumber dan pembuangan arus lbs dan tegangan Vos disebut kurva karakteristik output.,Selain itu, dengan menguji nilai Vcs gerbang dan tegangan sumber yang berbeda, satu set kurva karakteristik output dapat diperoleh.
Uji transkonduktansi
Transkonduktansi gm adalah parameter yang mencirikan kemampuan kontrol gerbang perangkat ke saluran.semakin kuat kemampuan kontrol gerbang ke saluran.
Hal ini didefinisikan sebagai gm=dlDs/dVgo. Di bawah kondisi tegangan sumber dan pembuangan konstan, kurva perubahan antara sumber dan pembuangan arus lDs dan gerbang dan tegangan sumber VG diuji,dan nilai transkonduktansi dapat diperoleh dengan memperoleh kurvaDi antara mereka, tempat di mana nilai transkonduktansi terbesar disebut gm,max.
Sistem pengujian karakteristik pulsa I-V berdasarkan pengukuran sumber pulsa seri Р yang tepat meter/sumber pulsa tegangan konstan seri CP
Seluruh set sistem pengujian didasarkan pada unit pengukuran sumber pulsa seri Psys P meter / sumber pulsa tegangan konstan CP, dengan stasiun probe dan perangkat lunak pengujian khusus, dapat digunakan untuk GaN HEMT,Uji parameter pulsa I-V perangkat GaAs RF, terutama gambar kurva karakteristik output pulsa IV.
Meter pengukuran sumber denyut nadi seri P
P series pulse source meter adalah pulse source meter dengan presisi tinggi, output yang kuat dan rentang uji yang luas diluncurkan oleh PRECISE,yang mengintegrasikan beberapa fungsi seperti input dan output tegangan dan arus, dan pengukuran. Produk ini memiliki dua mode kerja DC dan denyut nadi. Tegangan output maksimum adalah 300V, arus output denyut nadi maksimum adalah 10A, tegangan maksimum adalah 300V,dan arus maksimum adalah 1A. Ini mendukung operasi empat kuadran dan mendukung linier, logaritma, kustom dan mode pemindaian lainnya.Hal ini dapat digunakan untuk tes karakteristik l-V berdenyut dari GaN dan GaAs bahan frekuensi radio dan chip dalam produksi dan penelitian dan pengembangan.
Uji kurva karakteristik output denyut
Karena keterbatasan bahan perangkat GaN dan proses produksi, ada efek keruntuhan arus. Oleh karena itu akan ada penurunan daya ketika perangkat bekerja dalam kondisi berdenyut,dan kondisi kerja bertenaga tinggi ideal tidak dapat dicapai. Metode pengujian karakteristik output denyut adalah untuk menerapkan sinyal tegangan denyut periodik ke gerbang dan pembuangan perangkat secara sinkron,dan tegangan gerbang dan pembuangan akan bergantian berubah antara titik operasi statis dan titik operasi efektif secara sinkronKetika Vcs dan Vos adalah tegangan efektif, arus perangkat dipantau.Penelitian membuktikan bahwa tegangan operasi yang berbeda dan lebar denyut nadi yang berbeda memiliki efek yang berbeda pada runtuh arus.
Sistem pengujian parameter Pulse S berdasarkan sumber pulsa tegangan konstan seri Precise CP
Seluruh sistem pengujian didasarkan pada sumber pulsa tegangan konstan seri Pousse CP, dengan analis jaringan, stasiun probe, perlengkapan Bias-tee, dan perangkat lunak pengujian khusus.Berdasarkan uji parameter sinyal DC kecil S, tes parameter pulsa S dari perangkat RF GaN HEMT dan GaAs dapat direalisasikan.
Ringkasan
Wuhan Precise telah berfokus pada pengembangan instrumen pengujian kinerja listrik dan sistem di bidang perangkat daya, perangkat frekuensi radio dan generasi ketiga semikonduktor.Sumber arus besar pulsa, kartu akuisisi data berkecepatan tinggi, sumber tegangan konstan pulsa dan produk instrumen lainnya dan satu set lengkap sistem pengujian.Produk ini banyak digunakan dalam bidang analisis dan pengujian bahan dan perangkat semikonduktor dayaMenurut kebutuhan pengguna, kami dapat menyediakan solusi komprehensif untuk pengujian kinerja listrik dengan kinerja tinggi,efisiensi tinggi dan kinerja biaya tinggi