أجهزة الترددات اللاسلكية هي المكونات الأساسية لتحقيق إرسال الإشارة واستقبالها، وهي جوهر الاتصالات اللاسلكية، وتشمل أساسا المرشحات (فلتر) ، مكبرات الطاقة (PA) ،مفاتيح ترددات الراديو (Switch)، مكبرات الضوضاء المنخفضة (LNA) ، وموجزات الهوائيات (Tuner) وDuplex/Multiplexer (Du/Multiplexer) وغيرها من أنواع الأجهزة.مكبر الطاقة هو جهاز لتضخيم إشارات ترددات الراديو، الذي يحدد مباشرة المعلمات الرئيسية مثل مسافة الاتصال اللاسلكي وجودة الإشارة بين محطات الهاتف المحمول والمحطات الأساسية.

مكبر الطاقة (PA ، مكبر الطاقة) هو المكون الأساسي للجهة الأمامية 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 signalيتم استخدام PA بشكل رئيسي في رابط الإرسال. من خلال تضخيم إشارة تردد الراديو الضعيفة لقناة الإرسال ، يمكن للإشارة الحصول بنجاح على طاقة عالية بما فيه الكفاية ،لتحقيق جودة اتصال أعلى ومسافة اتصال أطولولذلك، فإن أداء PA يمكن أن يحدد مباشرة استقرار وقوة إشارات الاتصال.

تطبيقات أجهزة الترددات اللاسلكية

مع التطور المستمر لمواد أشباه الموصلات ، شهدت مكبرات الطاقة أيضًا ثلاثة طرق تقنية رئيسية من CMOS و GaAs و GaN.المواد نصف الموصلات من الجيل الأول هي CMOS، مع التكنولوجيا الناضجة وقدرة الإنتاج المستقرة. العيب هو أن هناك حد لتردد التشغيل ، وأعلى تردد فعال هو أقل من 3GHz.تستخدم مواد أشباه الموصلات من الجيل الثاني بشكل رئيسي GaAs أو SiGe، والتي لديها جهد انقطاع أعلى ويمكن استخدامها لتطبيقات الأجهزة عالية الطاقة عالية التردد ، ولكن قوة الجهاز أقل ، عادة ما تكون أقل من 50 واط.المواد شبه الموصلة من الجيل الثالث GaN لها خصائص تحرك الكترونات العالية وسرعة التبديل السريعة، والتي تعوض عن عيوب التقنيتين التقليديتين لـ GaAs و LDMOS القائمة على Si. بينما تعكس أداء عالية التردد لـ GaAs ، فإنها تجمع بين مزايا LDMOS القائمة على Si.القدرة على التعامل مع الطاقةولذلك فهي أقوى بكثير من GaAs في الأداء، لديها مزايا كبيرة في التطبيقات عالية التردد، ولها إمكانات كبيرة في التردد الراديوي الميكروويف،IDC ومجالات أخرىمع تسريع بناء محطات قاعدة الجيل الخامس في جميع أنحاء البلاد ، نما سوق أجهزة تردد الراديو GaN المحلية بشكل كبير.ومن المتوقع أن يطلق الطلب الجديد على GaN PA أكثر من 100 مليار يوانمن المتوقع أن يصل معدل دخول أجهزة GaN RF في محطات قاعدة 5G إلى 70٪ في السنوات الثلاث إلى الخمس المقبلة.

أجهزة GaN HEMT

GaN HEMT (ترانزستورات الحركة الكهربائية العالية ، ترانزستور الحركة الكهربائية العالية النتريد) ، كممثل لأجهزة أشباه الموصلات واسعة النطاق (WBG) ، لديها حركة إلكترونية أعلى ،سرعة الإلكترونات المشبعة ومعدل التأثير مقارنة مع أجهزة Si و SiCبسبب مزايا المواد ، يمتلك GaN خصائص طاقة وتردد ممتازة وخسائر طاقة منخفضة في ظل ظروف تشغيل عالية التردد.

GaN HEMT (Transistor High Electron Mobility) هو نوع من غاز الإلكترونات ثنائي الأبعاد (2DEG) الذي يستخدم تراكم الحاجز العميق بين الهيتروجونكشنات كقناة موصلة.ويحقق التوصيل في ظل تنظيم تحيز الجهد في الطرفين من البوابة، المصدر، والصرف. هيكل الجهاز المميز. بسبب تأثير الاستقطاب القوي في الجمع المتعدد الذي تشكله مواد GaN،يتم إنشاء عدد كبير من الإلكترونات المرتبطة الأولى في البئر الكمي في واجهة الجمع الثنائي، والتي تسمى غاز إلكترون ثنائي الأبعاد. يتم عرض الهيكل الأساسي لجهاز AlGaN / Ga N-HEMT النموذجي في الشكل 5 أدناه.الطبقة السفلية من الجهاز هي طبقة الركيزة (عادة ما تكون مادة SiC أو Si)، ومن ثم طبقة عازلة GaN من النوع N المزروعة على الشوكة ، وطبقة حاجز AlGaN من النوع P المزروعة على الشوكة ، وتشكل عبارة عن الجمع بين AlGaN / GaN. وأخيراً ، البوابة (G) ،يتم إيداع المصدر (S) والنفايات (D) على طبقة AlGaN لتشكيل جهات اتصال Schottky للتعاطي عالي التركيز، وترتبط مع غاز الإلكترون ثنائي الأبعاد في القناة لتشكيل اتصالات أومية.

جهاز التشغيل الكهربائي (في دي إس) ينتج مجالاً كهربائياً جانباً في القناةيتم نقل غاز الإلكترونات ثنائي الأبعاد على طول واجهة التقاطع المتعدد لتشكيل IDS التيار الخارجيالبوابة هي في اتصال شوتكي مع طبقة حاجز AlGaN، وعمق البئر المحتملة في AlGaN / GaN heterojunction يتم التحكم بها من قبل حجم فولتاج البوابة VGS،ويتم تغيير كثافة سطح الغاز الإلكتروني ثنائي الأبعاد في القناة، وبالتالي التحكم في الكثافة الداخلية للقناة.

مظهر جهاز GaN HEMT ورسومات الدوائر

مخطط مخطط لهيكل جهاز GaN HEMT

يشتمل تقييم أجهزة GaN HEMT بشكل عام على خصائص التيار المباشر (اختبار DC l-V) وخصائص التردد (اختبار S-parameter للإشارة الصغيرة) وخصائص الطاقة (اختبار Load-Pull).

اختبار خصائص التيار المباشر

مثل الترانزستورات القائمة على السيليكون ، تتطلب أجهزة GaN HEMT أيضًا اختبار DC l-V لوصف قدرة إنتاج DC وظروف عمل الجهاز. تشمل معايير الاختبار: Vos ، IDs ، BVGD,BVDs ، gfs ، الخ ، من بينها التيار الخارجي lps و transconductance gm هما المعلمين الأساسيين.

مواصفات جهاز GaN HEMTGaN HEMT

المنحنى المميز لخصائص إخراج جهاز GaN HEMT

اختبار خصائص التردد

اختبار معايير التردد لأجهزة RF يتضمن قياس معايير إشارة صغيرة S ، التشابك (IMD) ، رقم الضوضاء والخصائص الزائفة.يصف اختبار المعلم S الخصائص الأساسية لأجهزة RF في ترددات مختلفة ومستويات طاقة مختلفة للإشارة.، ويحدد كمية كيفية انتشار طاقة RF من خلال النظام.

المعيار S هو أيضا معيار التشتت.S-parameter هو أداة لوصف السلوك الكهربائي للمكونات تحت إثارة إشارات عالية التردد التي تظهر خصائص تردد الراديويتم إدراكها من خلال الكمية الفيزيائية القابلة للقياس التي "تنتشر".يعكس حجم الكمية الفيزيائية المقاسة أن المكونات ذات الخصائص المختلفة سوف "تشتت" نفس إشارة المدخل إلى درجات مختلفة.

باستخدام معايير إشارة S الصغيرة، يمكننا تحديد خصائص RF الأساسية بما في ذلك نسبة موجة الجهد الثابت (VSWR) ، وفقدان العودة، وفقدان الإدراج، أو المكاسب في تردد معين.يتم قياس معايير S للإشارة الصغيرة عادةً باستخدام إشارة إثارة موجة مستمرة (CW) وتطبيق الكشف عن استجابة النطاق الضيقومع ذلك ، تم تصميم العديد من أجهزة RF للعمل مع إشارات مضغوطة لديها استجابة نطاق تردد واسع.هذا يجعل من الصعب وصف أجهزة RF بدقة باستخدام طرق الكشف القياسية للنطاق الضيقلذلك ، لتمييز الجهاز في الوضع النبض ، غالبا ما تستخدم ما يسمى بمعلمات S النبض. يتم الحصول على هذه المعلمات الانتشارية عن طريق تقنيات قياس استجابة النبض الخاصة.في الوقت الحالي، اعتمدت بعض الشركات طريقة النبض لاختبار معايير S ، ومدى مواصفات الاختبار هو: عرض النبض 100us ، دورة العمل 10 ~ 20٪.

بسبب محدودية مواد جهاز GaN وعملية الإنتاج ، فإن الأجهزة لديها أخطاء لا مفر منها ، مما يؤدي إلى انهيار التيار ، وتأخير البوابة وغيرها من الظواهر.في حالة عمل ترددات الراديو، يتناقص التيار الخارجي للجهاز، ويزداد فولتاج الركبة، مما يقلل أخيرا من قوة الخروج وتدهور الأداء.هناك حاجة إلى طريقة اختبار نبض للحصول على حالة التشغيل الفعلية للجهاز في وضع عمل نبضعلى مستوى البحث العلمي ، يتم أيضًا التحقق من تأثير عرض النبض على قدرة الإخراج الحالية. يغطي نطاق اختبار عرض النبض مستوى 0.5us ~ 5ms ، ودورة العمل هي 10٪.

اختبار خصائص الطاقة (اختبار السحب)

أجهزة GaN HEMT لديها خصائص ممتازة للتكيف مع ظروف التردد العالي والطاقة العالية.كان اختبار S-parameter للإشارة الصغيرة صعباً في تلبية متطلبات اختبار أجهزة الطاقة العاليةاختبار الشحن والسحب (اختبار الشحن والسحب) مهم جدا لتقييم أداء أجهزة الطاقة في ظل ظروف العمل غير الخطية، ويمكن أن تساعد في تصميم مطابقة لمضخات الطاقة RF.في تصميم دوائر ترددات الراديوعندما يكون الجهاز في حالة عمل إشارة صغيرة،مكاسب الجهاز خطية، ولكن عندما يتم زيادة قوة الدخول للجهاز لجعله يعمل في حالة غير خطية كبيرة للإشارة ، بسبب سحب الطاقة للجهاز ، فإن أفضل عائق للجهاز سينتج عنه.لقد تم تحويل النقطةولذلك، من أجل الحصول على أفضل نقطة عائق وبارامترات الطاقة المقابلة مثل قوة الخروج وكفاءة جهاز RF في حالة العمل غير الخطية،من الضروري إجراء اختبار سحب حمولة إشارة كبيرة على الجهاز، بحيث يمكن للجهاز تغيير محطة إخراج الجهاز تحت قوة دخول ثابتة. يتم استخدام قيمة عائق الحمل المطابق للعثور على أفضل نقطة عائق. من بينها ،زيادة الطاقة (كسب)، كثافة الطاقة الخارجة (Pout) ، وكفاءة الطاقة المضافة (PAE) هي معايير مهمة للنظر في خصائص الطاقة لأجهزة GaN RF.

نظام اختبار خصائص DC l-V على أساس مقياس المصدر من سلسلة S/CS

المجموعة بأكملها من نظام الاختبار يعتمد على دقيقة S / CS سلسلة مقياس مصدر، مع محطة المسبار وبرمجيات الاختبار الخاصة، يمكن استخدامها ل GaN HEMT، GaAs جهاز RF اختبار المعلمات DC،بما في ذلك الجهد الحدودي، التيار، منحنى خصائص الإخراج، الخ.

مقياس المصدر المتردد من سلسلة S/CS

عداد القياس المصدر من سلسلة S هو أول عداد قياس مصدر محلي بدقة عالية ومدى ديناميكي كبير وملمس رقمي أن PRECISE قد بنيت لسنوات عديدة.إنه يدمج وظائف مختلفة مثل مدخل ومخرج من الجهد والتيار، والقياس. يبلغ أقصى فولت 300 فولت ، و أقصى تيار هو 1A. دعم عمل أربعة أرباع ، ودعم وضعيات المسح الخطي واللوغاريتمي والخصيصية وغيرها.يمكن استخدامه لاختبار الخصائص DC l-V لمواد GaN و GaAs RF في الإنتاج والبحث والتطوير، وكذلك رقائق.

جهاز قياس المصدر plug-in من سلسلة CS (المضيف + البطاقة الفرعية) هو منتج اختبار وحداتي تم إطلاقه لسيناريوهات الاختبار متعددة القنوات.يمكن اختيار ما يصل إلى 10 بطاقات فرعية لجهاز قياس المصدر الدقيق، الذي لديه وظائف متعددة مثل الجهد والتيار المدخل والخروج، والقياس.ولها كثافة قناة عالية. وظيفة تشغيل متزامنة قوية ، وكفاءة عالية من مزيج الأجهزة المتعددة ، الخ

لاختبار الخصائص المباشرة للأجهزة اللاسلكية ، يكون فولتاج البوابة عادةً ضمن حدود ± 10 فولت ، ويكون فولتاج المصدر والصرف ضمن حدود 60 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الجهاز نوع ثلاثة منافذ ،مطلوبة على الأقل وحدات قياس مصدر 2 S أو بطاقات ابنة CS مزدوجة القنوات.

اختبار منحنى خصائص الإخراج

في حالة بوابة معينة ومصدر الجهد VGs، منحنى التغيير بين مصدر وتصريف حاليا lbs والجهد فوس يسمى منحنى خصائص الإخراج. مع زيادة فوس,كما يزداد خسارة التيار إلى حالة مشبعة. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال اختبار قيم مختلفة لجهد البوابة والمصدر Vcs ، يمكن الحصول على مجموعة من منحنيات خصائص الإخراج.

اختبار التوصيل

عابرة التوصيل gm هو معيار يصف قدرة التحكم في بوابة الجهاز إلى القناة. كلما زادت قيمة عابرة التوصيل ،كلما كانت قدرة البوابة على التحكم في القناة أقوى.

يتم تحديدها على أنها gm=dlDs/dVgo. في ظل حالة الجهد الثابت للمصدر والنفاذ، يتم اختبار منحنى التغيير بين lDs التيار المصدر والنفاذ و VGs الجهد البوابة والمصدر،ويمكن الحصول على قيمة التوصيل عن طريق استنتاج المنحنىمن بينها ، المكان الذي تكون فيه قيمة التوصيل أكبر يسمى gm ، max.

نظام اختبار خصائص النبض I-V على أساس مقياس مصدر النبض الدقيق من سلسلة Р / مصدر النبض ثابت من سلسلة CP

تستند مجموعة كاملة من نظام الاختبار على وحدات قياس مصدر نبضات سلسلة Psys P متر / مصدر نبضات الجهد الثابت CP ، مع محطة المسبار وبرمجيات اختبار خاصة ، ويمكن استخدامها ل GaN HEMT ،اختبار معايير النبض IV-V لجهاز GaAs RF، وخاصة رسم منحنى خصائص النبض الخروج IV.

مقياس مصدر النبض من سلسلة P

مقياس مصدر النبض من سلسلة P هو مقياس مصدر النبض بدقة عالية ، وإنتاج قوي ومدى اختبار واسع أطلقته PRECISE ،الذي يدمج وظائف متعددة مثل مدخل ومخرج من الجهد والتيار، والقياس. المنتج لديه حالتين للعمل من التيار المباشر والنبض. أقصى جهد الخروج هو 300 فولت، أقصى تيار النبض الخروج هو 10A، أقصى جهد هو 300 فولت،و الحد الأقصى للتيار هو 1Aيدعم العملية أربعة رباعي ويدعم خطية، اللوغاريتمية، المخصصة وغيرها من أوضاع المسح.يمكن استخدامه لاختبار خصائص l-V النبضية لمواد الراديو المتردد GaN و GaAs والشرائح في الإنتاج والبحث والتطوير.

اختبار منحنى خصائص النبضات

بسبب قيود مواد جهاز GaN وعمليات الإنتاج ، هناك تأثير الانهيار الحالي. لذلك سيكون هناك انخفاض في الطاقة عندما يعمل الجهاز في ظل ظروف النبض ،ولا يمكن تحقيق حالة العمل المثالية عالية الطاقةطريقة الاختبار المميزة لمخرج النبض هي تطبيق إشارة الجهد النبضية الدورية على بوابة وصرف الجهاز بالتزامن.والجهد من البوابة والصرف سوف تتغير بالتناوب بين نقطة التشغيل الثابتة والنقطة التشغيل الفعالة بالتزامنعندما تكون Vcs و Vos الجهد الفعلي ، يتم مراقبة تيار الجهاز.تثبت الأبحاث أن مختلف فولتاجيات التشغيل الهادئة وعرض النبضات لها تأثيرات مختلفة على الانهيار الحالي.

نظام اختبار معايير النبض S على أساس مصدر نبضات الجهد الثابت من سلسلة Precise CP

يعتمد نظام الاختبار بأكمله على مصدر نبضات الجهد الثابت من سلسلة Pousse CP ، مع محلل الشبكة ومحطة المسبار وجهاز Bias-tee وبرامج اختبار خاصة.على أساس اختبار معايير S للإشارة المتواصلة الصغيرة، يمكن تحقيق اختبار معايير S النبضات لأجهزة GaN HEMT و GaAs RF.

ملخص

تركز شركة ووهان بريس على تطوير أدوات واختبار الأداء الكهربائي وأنظمة في مجال أجهزة الطاقة وأجهزة الترددات الراديوية والأنظمة نصف الموصلات من الجيل الثالث.مصدر التيار الكبير النبض، بطاقة اكتساب البيانات عالية السرعة، مصدر الجهد ثابت النبض وغيرها من منتجات الأدوات ومجموعة كاملة من أنظمة الاختبار.تستخدم المنتجات على نطاق واسع في مجال تحليل واختبار مواد وأجهزة أشباه الموصلات القوية، أجهزة الترددات الراديوية، وشرائح أشباه الموصلات واسعة النطاق. وفقا لاحتياجات المستخدمين، يمكننا توفير حلول شاملة لاختبار الأداء الكهربائي مع أداء عال،كفاءة عالية وأداء عالية التكلفة