Làm thế nào để điốt và giới hạn mạch hoạt động cùng nhau trong các hệ thống truyền thông?

, Đặc điểm của điốt: Cơ sở vật lý của các mạch giới hạn
Độ dẫn đơn của các điốt bắt nguồn từ các đặc tính phân phối của sóng mang của các mối nối PN. Khi điện áp sai lệch phía trước vượt quá ngưỡng dẫn (khoảng 0,7V đối với các ống silicon và khoảng 0,3V đối với các ống germanium), diode đi vào trạng thái tiến hành điện trở thấp; Khi sai lệch ngược, các chất mang được phân lập bởi lớp suy giảm, tạo thành một trạng thái cắt điện trở cao. Đặc tính phi tuyến này làm cho điốt trở thành một bộ điều chỉnh biên độ tín hiệu tự nhiên.
Trong các kịch bản giao tiếp tần số cao -, các điốt Schottky đã trở thành thành phần ưa thích để giới hạn các mạch do điện áp dẫn thấp của chúng là 0,15-0,45V và tốc độ phản hồi picosecond. Ví dụ, trong các hệ thống giao tiếp sóng milimet, một loại diode Schottky nhất định có thể đạt được sự mất chèn -40dBM trong dải tần 100GHz, trong khi chịu được sự gia tăng công suất cực đại là 30dBm. Các điốt Zener đóng một vai trò quan trọng trong các kịch bản bảo vệ quá điện áp thông qua các đặc điểm ổn định điện áp của chúng trong khu vực phân tích ngược. Độ chính xác điện áp phân tích của họ có thể đạt ± 2% và thời gian phản hồi nhỏ hơn 1ns.
2, Giới hạn cấu trúc liên kết mạch: Từ cơ bản đến nâng cao
1. Mạch giới hạn loạt
Một loạt giới hạn chuyển tiếp kết nối một diode nối tiếp với đường dẫn tín hiệu. Khi nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào vượt quá điện áp dẫn, diode sẽ tiến hành và tạo thành một đường ngắn, kẹp điện áp đầu ra ở mức VF (điện áp dẫn). Mạch giới hạn chuỗi ngược đạt được giới hạn của nửa chu kỳ âm bằng cách kết nối ngược các điốt. Một mô -đun cuối RF nhất định - áp dụng cấu trúc chuỗi diode kép để đạt được giới hạn hai chiều là ± 1,5V trong dải tần số 2,4GHz, với tổn thất chèn chỉ 0,5dB.
2. Mạch giới hạn song song
Mạch giới hạn song song đạt được giới hạn bằng cách kết nối các điốt song song với tải. Trong một cấu trúc song song phía trước, khi điện áp đầu vào vượt quá (VBIAS+VF), diode tiến hành shunting, giới hạn điện áp đầu ra dưới ngưỡng này. Một máy thu giao tiếp vệ tinh áp dụng mạch giới hạn song song với điện áp thiên vị là 2V, bắt đầu giới hạn khi tín hiệu đầu vào đạt 2,7V, bảo vệ hiệu quả LNA giai đoạn phía sau (bộ khuếch đại nhiễu thấp) khỏi nhiễu mạnh.
3. Mạch giới hạn hai chiều
Mạch giới hạn hai chiều kết hợp đạt được điều khiển biên độ phạm vi tần số đầy đủ bằng cách ghép nối các điốt tiến và đảo ngược. Mô -đun bảo vệ PA (bộ khuếch đại công suất) của một trạm gốc 5G nhất định áp dụng cấu trúc cầu bốn diode để đạt được điều khiển dải động là ± 10dBM trong dải tần số 28GHz, với độ chính xác hạn chế tốt hơn ± 0,3dB. Mạch tối ưu hóa các tham số điện dung ký sinh để kiểm soát sự dao động độ trễ của nhóm trong vòng ± 5ps, đáp ứng các yêu cầu thời gian nghiêm ngặt của tín hiệu 5G NR.
3, Cơ chế làm việc hợp tác: Nghệ thuật cân bằng năng động
1. Kịch bản bảo vệ tín hiệu
Trong các kịch bản nhiễu xung radar, công suất cực đại của tín hiệu đầu vào có thể đạt đến +40 dbm, trong khi phạm vi động đầu vào của ADC xuôi dòng chỉ là -10dbm đến +10 dbm. Mạch giới hạn đạt được sự bảo vệ thông qua chiến lược giới hạn được phân loại: Giai đoạn đầu tiên sử dụng các điốt Schottky để giới hạn thô, triệt tiêu giá trị cực đại thành +20 dbm; Giai đoạn thứ hai sử dụng diode zener để đạt được giới hạn biên độ chính xác, dẫn đến đầu ra ổn định của +10 dbm. Dữ liệu thử nghiệm của một thiết bị truyền thông quân sự nhất định cho thấy chương trình này làm giảm tỷ lệ lỗi bit của thiết bị từ 10 ⁻³ xuống còn 10 trong môi trường nhiễu mạnh.
2. Điều khiển phạm vi động
Trong các hệ thống giao tiếp OFDM, tỷ lệ công suất cao nhất đến trung bình (PAPR) có thể đạt tới 12dB, điều này đặt ra một thách thức nghiêm trọng đối với tính tuyến tính của PA. Mạch giới hạn làm giảm PAPR thông qua việc cắt vừa phải và đạt được sự cân bằng giữa hiệu quả và tuyến tính thông qua công nghệ biến dạng trước kỹ thuật số (DPD). Một trạm cơ sở 5G PA nhất định áp dụng sơ đồ tối ưu hóa chung DPD giới hạn, đạt được hiệu quả thoát nước 45% trong dải tần số 28GHz, với ACPR (tỷ lệ công suất kênh liền kề) tốt hơn -45dBC, cao hơn 10dB so với sơ đồ truyền thống.
3. Áp dụng ức chế tiếng ồn
Trong các máy thu liên lạc không gian sâu, mạch giới hạn bảo vệ mạch xuôi dòng bằng cách triệt tiêu các xung nhiễu đột ngột. Người nhận của một Mars Rover nhất định áp dụng một mạch giới hạn thích ứng. Khi biên độ của tín hiệu đầu vào vượt quá ngưỡng (được đặt dưới dạng trung bình +6), nó sẽ tự động bắt đầu giới hạn và kích hoạt thuật toán triệt tiêu nhiễu. Dữ liệu đo được cho thấy sơ đồ này cải thiện tín hiệu - thành - Tỷ lệ nhiễu của hệ thống lên 8DB và mở rộng khoảng cách nhận hiệu quả thêm 20% dưới sự can thiệp của gió mặt trời mạnh.
4, Xu hướng tiến hóa công nghệ
1. Đổi mới vật chất
Các điốt gallium nitride (GaN) đang dần thay thế các thiết bị dựa trên silicon truyền thống - do cường độ trường phá vỡ cao của chúng (3,3mV/cm) và tốc độ bão hòa điện tử (2,7 × 10 ⁷ cm/s). Một hệ thống nguyên mẫu 6G nhất định sử dụng các điốt giới hạn GAN để đạt được khả năng xử lý công suất cực đại là 5W trong dải tần số 140 GHz, cao hơn 10 lần so với các thiết bị silicon.
2. Phát triển tích hợp
Công nghệ mạch tích hợp vi sóng chip đơn (MMIC) cho phép trên - Tích hợp chip của các mạch giới hạn với LNA, PA và các mô -đun khác. Một chip cuối cùng 28GHz 5G - áp dụng công nghệ bicmos 0,13 μ m sige, tích hợp mạch giới hạn, LNA và bật chip 2 mm × 2 mm, giảm tổn thất chèn xuống 1,2dB và tiêu thụ năng lượng xuống chỉ 80MW.
3. Kiểm soát thông minh
Các thuật toán cắt thích ứng dựa trên máy đang xuất hiện. Một hệ thống nguyên mẫu 6G nhất định điều chỉnh động lực cắt và hằng số thời gian phục hồi bằng cách theo dõi các đặc điểm thống kê của tín hiệu trong thời gian thực, trong khi duy trì tính toàn vẹn tín hiệu, giảm độ méo cắt thành một - thứ ba của giải pháp truyền thống.
https://www.trrsemicon.com/transistor/p/p