Как диодите и ограничаващите схеми работят заедно в комуникационните системи?

一, Характеристики на диодите: Физическата основа за ограничаване на веригите
Еднопосочната проводимост на диодите произхожда от характеристиките на разпределение на носителите на PN кръстовищата. Когато напрежението на отклонение напред надвишава прага на проводимост (около 0,7 V за силиконови тръби и около 0,3 V за германийните тръби), диодът навлиза в състояние на проводящо съпротивление с ниско съпротивление; Когато се отклонява обратното, носителите се изолират от изчерпващия слой, образувайки състояние на прекъсване с високо съпротивление. Тази нелинейна характеристика прави диодите регулатор на амплитудата на естествения сигнал.
При високи сценарии за честотна комуникация, диодите на Шотки са се превърнали в предпочитания компонент за ограничаване на веригите поради ниското си напрежение на проводимост от 0,15-0,45V и скорост на реакция на пикосекунда. Например, в системите за комуникация на милиметрови вълни, определен тип диод на Schottky може да постигне загуба на вмъкване от -40 dBM в честотната лента 100GHz, като същевременно издържа на върхов мощност от 30 dBM. Zener Diodes играят решаваща роля в сценариите за защита на пренапрежението чрез характеристиките на стабилизирането на напрежението им в областта на обратното разрушаване. Тяхната точност на напрежението на разрушаване може да достигне ± 2%, а времето за реакция е по -малко от 1ns.
2, Ограничаваща топология на веригата: от основна до напреднала
1. Ограничаваща серия верига
Ограничителната схема на серия напред свързва диод последователно с пътя на сигнала. Когато положителният половин цикъл на входния сигнал надвишава напрежението на проводимост, диодът провежда и образува късо съединение, затягайки изходното напрежение на ниво VF (проводимо напрежение). Ограничителната верига на обратната серия постига ограничаване на отрицателния половин цикъл чрез обратни свързващи диоди. Определен RF фронт - крайният модул приема структура от серия от двойни диоди, за да постигне двупосочно ограничаване на ± 1.5V в честотната лента 2.4GHz, със загуба на вмъкване само 0,5 dB.
2. Паралелно ограничаваща верига
Паралелната ограничаваща верига постига ограничаване чрез свързване на диоди паралелно с натоварването. В паралелна структура напред, когато входното напрежение надвишава (VBIAS+VF), диодът провежда маневриране, ограничавайки изходното напрежение под този праг. Сателитният комуникационен приемник приема паралелна ограничаваща верига с напрежение на отклонение 2V, което започва да ограничава, когато входният сигнал достигне 2.7V, като ефективно защитава LNA на задния етап (усилвател с нисък шум) от силна смущение.
3. Веригираща верига за двупосочна верига
Комбинираната двупосочна ограничителна верига постига контрола на амплитудата на пълната честотна обхват чрез сдвояване напред и обратни диоди. Модулът за защита на PA (Power Amplifier) ​​на определена 5G базова станция приема четири диодна мостова структура, за да постигне динамичен контрол на обхвата от ± 10 dBM в честотната лента 28GHz, с ограничаваща точност по -добра от ± 0,3 dB. Схемата оптимизира параметрите на паразитния капацитет, за да контролира колебанието на забавянето на групата в рамките на ± 5ps, отговаряйки на строгите изисквания за време на 5G NR сигнали.
3, Механизъм за съвместна работа: Изкуството на динамичния баланс
1. Сценарий за защита на сигнала
При сценарии на радарна импулсна интерференция пиковата мощност на входния сигнал може да достигне +40 dbm, докато динамичният диапазон на вход на ADC надолу по веригата е само -10dbm до +10 dbm. Ограничителната схема постига защита чрез степенувана стратегия за ограничаване: Първият етап използва диоди на Schottky за грубо ограничаване, потискайки върховата стойност до +20 dbm; Вторият етап използва zener диод за постигане на прецизно ограничаване на амплитудата, което води до стабилен изход от +10 dbm. Данните за тестовете на определено военно комуникационно оборудване показват, че тази схема намалява скоростта на бита грешки на оборудването от 10 ⁻³ до 10 ⁻⁹ в силна намеса.
2. Динамично управление на обхвата
В комуникационните системи OFDM, коефициентът на пиково и средно мощност (PAPR) може да достигне 12 dB, което представлява сериозно предизвикателство към линейността на PA. Ограничителната схема намалява PAPR чрез умерено изрязване и постига баланс между ефективността и линейността чрез технология за цифрово изкривяване (DPD). Определена 5G базова станция PA приема ограничаваща схема за оптимизация на DPD съвместната ставка, постигайки отводняване на ефективността от 45% в честотната лента 28GHz, с ACPR (съседно съотношение на мощността на канала) по -добър от -45 dBC, което е 10 dB по -висока от традиционната схема.
3. Прилагане на потискане на шума
В приемниците на комуникация в дълбоката космическа комуникация ограничаващата верига защитава веригата надолу по веригата чрез потискане на внезапните импулси на шума. Приемникът на определен Mars Rover приема адаптивна ограничаваща верига. Когато амплитудата на входния сигнал надвишава прага (зададен като средно +6 σ), той автоматично започва да ограничава и задейства алгоритъма за потискане на шума. Измерените данни показват, че тази схема подобрява сигнала - до - съотношение на шума на системата с 8db и разширява ефективното разстояние за приемане с 20% при силна намеса на слънчевия вятър.
4, Тенденции на технологичната еволюция
1. Материални иновации
Диодите на галий нитрид (GAN) постепенно заменят традиционните силиконови устройства - поради високата им якост на полето (3.3MV/cm) и скоростта на насищане на електроните (2.7 × 10 ⁷ cm/s). Определена 6G прототипна система използва GAN ограничаващи диоди, за да постигне пикова способност за обработка на мощност от 5W в честотната лента 140GHz, която е 10 пъти по -висока от тази на силиконовите устройства.
2. Интегрирано развитие
Технологията с интегрална верига с единичен чип (MMIC) позволява на - интегриране на чип на ограничаващи вериги с LNA, PA и други модули. Определен 28GHz 5G предна - крайният чип приема 0,13 μm Sige Bicmos технология, интегрирайки ограничаващата верига, LNA и превключва 2 mm × 2mm чип, намалявайки загубата на вмъкване до 1,2 dB и консумацията на енергия до само 80MW.
3. Интелигентен контрол
Появяват се алгоритми за адаптивни клипиране, базирани на машинно обучение. Определена 6G прототипна система динамично настройва прага на изрязване и константата на времето за възстановяване, като наблюдава статистическите характеристики на сигнала в реално време, като същевременно поддържа целостта на сигнала, намалявайки изкривяването на изрязването на едно - трето от традиционното решение.
https://www.trrsemicon.com/transistor/p