通信機器のダイオードの応答速度要件は何ですか？

diodeダイオード応答速度のための通信機器のコア要件
通信機器のダイオード応答速度の需要は、3つの主要な技術的課題に由来しています。
高速信号の整合性：PCIE 6.0インターフェイスには、50ps以下の信号上昇/落下時間が必要であり、対応するダイオードにはの応答速度が必要です<10ps to avoid signal distortion.
一時的な保護の適時性：ESD保護デバイスは、一時的な過電圧がチップに侵入するのを防ぐために、1N以内のクランプアクションを完了する必要があります。
Optical communication sensitivity: 100Gbps optical module requires PIN photodiode rise time ≤ 50ps and quantum efficiency>長い-距離送信をサポートする70％。
5Gベースステーションを例にとると、RFフロント-の終わりは、3.5GHz周波数帯域での効率的な検出と修正を確保するために、50ps未満の応答時間とジャンクション容量を0.3PF未満のSchottkyダイオード（SS12-SS110シリーズなど）を使用する必要があります。
2、ダイオード応答速度の技術実装パス
1.構造最適化により、応答速度が向上します
PINフォトダイオード：P領域とN領域の間に固有の層（I層）を挿入することにより、枯渇領域の幅は10〜100μmに拡張され、キャリアのドリフト時間が0.1-1 nsに短縮されます。たとえば、INGAAS PINダイオードの応答性は0.84 A/Wで、上昇時間<50 ps at a wavelength of 1.55 μ m.
Avalanche Photodiode（APD）：雪崩の乗算効果を利用してゲインを強化し、電界分布を最適化して輸送時間を短縮します。たとえば、10Gbpsシステムでは、INP/INGAAS APDの応答時間は100ps未満で、最大100倍のゲインがあります。
2。材料のイノベーションは、パフォーマンスのボトルネックを破ります
ワイドバンドギャップ半導体：GAASや6H SICなどの材料は、電子移動度が高く（GAAS最大8500cm²/v.）、キャリアの漂流速度を大幅に改善できます。たとえば、GAAS PINダイオードの応答時間は、10GHz周波数帯域で30ps未満です。
ヘテロ接合構造：INGAAS/INPヘテロ接合は、暗い電流を減らし、バンドエンジニアリングを通じて応答速度を向上させます。たとえば、ヘテロ接合ピンダイオードには暗い電流があります<2nA and a responsivity>1.3μmの波長で0.6a/w。
3。パッケージングと回路の共同設計
低容量パッケージング：フリップチップテクノロジーを使用して、ジャンクション容量を0.1pf未満に減らします。たとえば、DW05 - 4R2PC-S ESDダイオードは3Dにパッケージ化されており、わずか0.2pfの接合容量を持ち、USB4インターフェイスを介した20Gbps伝送をサポートしています。
一致する回路の最適化：RLC回路を介してダイオード寄生パラメーターを補償して、RC時定数を減らします。たとえば、5G RFフロント-エンドの設計では、ダイオード応答時間を最適化するためにπ-タイプフィルタリングネットワークを使用しています。<20ps.
3、典型的な通信機器のダイオード応答速度の要件
1。光学通信機器
Light receiving module: 100Gbps QSFP28 optical module requires PIN diode rise time ≤ 30ps and quantum efficiency>80％。たとえば、FinisarのFTLX8571D3BCLモジュールはINGAAS PINダイオードを使用し、10kmの伝送をサポートします。
光アンプ：EDFA（Erbium -ドープ繊維増幅器）には、応答時間がある光電力監視にAPDが必要です。<50ps and a dynamic range of>60dB。
2。ワイヤレス通信デバイス
rf front - end：rf front - 5gベースステーションの終わりには、ミキシングと検出のためにSchottkyダイオードを使用し、応答時間が必要です。<30ps and a cutoff frequency of>40ghz。たとえば、SkyworksのSMS7630-079LFダイオードは、28GHz周波数帯域で7dB未満の変換損失を持っています。
アンテナスイッチ：TDDシステムアンテナスイッチには、のスイッチング時間があるピンダイオードが必要です<50ns and an isolation of>40dB。たとえば、QORVOのQPD1025Lダイオードは、挿入損失で2.6GHz周波数帯域をサポートしています<0.3dB.
3。データ通信機器
高速インターフェイス：PCIE 5.0/6.0インターフェイスでは、応答時間で低静電容量ESDダイオードを使用する必要があります<10ps and junction capacitance<0.1pF. For example, Nexperia's PESD5V0S1BA diode supports 8kV contact discharge and clamp voltage<8V.
サーバー電源：Oring Controllerには、逆電流ブロッキングのためにSchottkyダイオードが必要であり、順方向電圧降下は0.3V未満、逆回復時間は10ns未満です。たとえば、VishayのVS-10BQ100ダイオードは10A電流をサポートし、前方電圧降下はわずか0.28Vです。
4、エンジニアリングの実践における応答速度テストと最適化
1。テスト方法
Time domain testing: Use an oscilloscope (bandwidth>50GHz）ダイオードの上昇/上下時間を測定します。たとえば、キーサイトDSOX95004Aオシロスコープは、の応答時間を正確に測定できます<10ps.
周波数ドメインテスト：ネットワークアナライザー（VNA）を使用してSパラメーターをテストし、ダイオードカットオフ周波数を評価します。たとえば、Rohde＆Schwarz Znb20 VNAは、20GHzまでの周波数応答を測定できます。
一時的なテスト：ESDシミュレーター（EMCパートナーのESD3000など）を使用して、±15kVパルスを適用して、ダイオードのクランプ速度を検証します。
2。最適化戦略
マルチレベル保護アーキテクチャ：3つのレベル保護は、テレビダイオード、一般的なモードチョーク、低容量ESDダイオードを含む高-速度インターフェイスで採用され、単一の応答圧力を低下させます-ステージデバイス。
温度補償設計：温度とともに暗い電流の増加の問題に対処するために、動的バイアス調整には負の温度係数抵抗器（NTC）が使用されます。たとえば、INGAAS PINダイオードでは、暗い電流の変化率はNTCを介して5％/度から1％/度に減少します。
適応回路：RFフロント{-のチューニング可能なマッチングネットワークを統合して、動作周波数に基づいてダイオード応答速度を動的に最適化します。たとえば、MEMSスイッチを使用して、50Ω -75Ωインピーダンススイッチングを実現し、反射損失を減らします。

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