PINダイオードの原理と用途は何ですか? （パート2）

一般的なダイオードは PN 接合で構成されます。 PIN ダイオードは、P 半導体材料と N 半導体材料の間に低ドーピングの真性半導体の薄層を追加することによって PIN ダイオードになります。 真性層の存在により、PIN ダイオードは低周波から高周波アプリケーションまで幅広く使用されており、主に RF 分野で RF スイッチや RF 保護回路として使用され、フォトダイオードとしても使用されます。 PIN ダイオードには、PIN フォトダイオードと PIN スイッチング ダイオードが含まれます。パート 1 に参加する.

3. RFスイッチとしてのPINダイオード

①動作原理

PIN ダイオードの RF 抵抗は DC バイアス電流に関係しているため、RF スイッチおよび減衰器として使用できます。 直列RFスイッチング回路: ダイオードが正にバイアスされると、スイッチがオンになります(短絡)。 ダイオードがゼロバイアスまたは逆バイアスされている場合、帯域幅を変更できます。スイッチの最高動作周波数が制限されるだけでなく、最低動作周波数も制限されます。たとえば、PIN 管では周波数を制御できません。 DCまたは低周波信号のオンオフ。 スイッチには動作周波数の上限もあり、真空管のカットオフ周波数の影響を受けます。 信号源の周波数帯域はますます広くなっており、スイッチの周波数帯域はできるだけ広いことが求められています①。

②性能パラメータ

挿入損失と絶縁: 挿入減衰は、信号源によって生成される最大利用可能電力 P として定義されます。

スイッチがオンのときに得られる負荷に対する実際の電力 P の比、つまり P/P。 スイッチがオフになっているときの負荷の実際の電力が P の場合、それはデシベルの形式で書かれた絶縁を表します。

ネットワーク散乱パラメータの定義によれば、次のものがあります。

理想的なスイッチの場合:切断されているときの減衰は無限大であり、スイッチがオンになっているときの減衰はゼロであり、通常、この 2 つの比は可能な限り大きくすることだけが必要です。 PIN 管のインピーダンスはゼロに下げることも、無限に増やすこともできないため、実際のスイッチは、切断されているときは無限に減衰するわけではなく、スイッチがオンになっているときもゼロではなく、一般的には比率のみです。スイッチのオンオフ減衰は挿入損失と呼ばれ、切断時の減衰はアイソレーションと呼ばれ、挿入損失とアイソレーションはスイッチの品質を測定する基本的な指標です。 目標は、挿入損失が低く、絶縁性が高いスイッチを設計することです。

電源容量:スイッチのいわゆる電力容量は、スイッチが耐えられる最大のマイクロ波電力を指します。 PIN ダイオードの電力容量は主に次の 2 つの側面によって制限されます。1 つは真空管のスイッチが入っているときに許容される最大消費電力です。 真空管が遮断したときに耐えられる最大の逆電圧、つまり逆耐電圧。 スイッチが動作中にこれらの制限を超えると、チューブ内の温度が上昇しすぎて燃焼する可能性があります。 後者は、ゾーン I でなだれ降伏を引き起こします。これは、スイッチのオンおよびオフ状態で許容されるより小さいマイクロ波信号電力によって決まります。 高出力での非線形効果 (IIP3)

これは、特にモバイル通信基地局において、スイッチの能力を左右する主要な要素でもあります。

ドライバーの要件: PIN 管スイッチと FET スイッチのドライバー回路は異なります。前者は電流バイアスを提供する必要があり、後者はバイアスが必要です。ドライバーの良し悪しは、スイッチング速度に影響を与える主な要因の 1 つです。

スイッチング速度: スイッチのオンとオフの速度を指します。これは高速デバイスでは非常に重要な指標です。 ゾーン I の電流方程式は次のようにリストできます。

スイッチング速度は、通常、非常に薄い層 I を持つ PIN 管を使用して ns のオーダーに増加します。これは、薄層 I に蓄積されるキャリアの数が少なく、スイッチング時間が大幅に短縮されるためです。この場合、スイッチング時間は基本的にキャリアが I 層を通過する時間に依存し、キャリアの寿命とは関係ありません。 スイッチング速度を向上させるために、キャリア寿命の短いパイプを選択して制御電流のパルス振幅を大きくすることもできますが、後者はPIN管の最大電力と逆降伏電圧によって制限されます。

電圧定在波比 (VSWR):高周波信号チャネル上のコンポーネントは挿入損失を引き起こすだけでなく、信号伝送ライン上の定在波の増加も引き起こします。 定在波は、送信電磁波と反射電磁波の干渉によって形成されます。定在波は、多くの場合、システムのさまざまな部分でのインピーダンスの不整合や、システム内の接続ポイントでのインピーダンスの不整合によって引き起こされます。

スイッチング比率:PIN 管がパッケージの寄生パラメータを考慮しない場合、その順方向状態は順方向抵抗 R1 で表現でき、逆方向状態は逆直列抵抗 R2 と I 層容量性リアクタンス jXc で直列に表現できます。 。 > R2 のため、逆状態は jXc で近似できるため、2 つの状態の正負のインピーダンスの比 Xc/R1 をスイッチング比と呼び、PIN スイッチの長所と短所を測定します。 スイッチング率を高めるには、C と R2 を比較的小さくする必要があり、周波数が高くなるとスイッチング性能が低下することがわかります。

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