Thiết bị tần số vô tuyến là các thành phần cơ bản để nhận ra truyền và nhận tín hiệu và là cốt lõi của truyền thông không dây, chủ yếu bao gồm bộ lọc (Filter), bộ khuếch đại công suất (PA),các công tắc tần số vô tuyến (Switch), bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA), bộ điều chỉnh ăng-ten (Tuner) và bộ điều chỉnh / đa (Du/Multiplexer) và các loại thiết bị khác.bộ khuếch đại công suất là một thiết bị để khuếch đại tín hiệu tần số vô tuyến, mà trực tiếp xác định các thông số chính như khoảng cách liên lạc không dây và chất lượng tín hiệu giữa các thiết bị đầu cuối di động và trạm cơ sở.

Bộ khuếch đại điện (PA, Power Amplifier) là thành phần cốt lõi của đầu tiên 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 signal. PA chủ yếu được sử dụng trong liên kết truyền tải. Bằng cách khuếch đại tín hiệu tần số vô tuyến yếu của kênh truyền tải, tín hiệu có thể thành công thu được công suất đủ cao,để đạt được chất lượng truyền thông cao hơn và khoảng cách truyền thông dài hơnDo đó, hiệu suất của PA có thể trực tiếp xác định sự ổn định và sức mạnh của tín hiệu truyền thông.

Ứng dụng của thiết bị RF

Với sự phát triển liên tục của vật liệu bán dẫn, bộ khuếch đại công suất cũng đã trải qua ba tuyến kỹ thuật chính của CMOS, GaAs và GaN.Vật liệu bán dẫn thế hệ đầu tiên là CMOSNhược điểm là có giới hạn tần số hoạt động, và tần số hiệu quả cao nhất dưới 3GHz.Các vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai chủ yếu sử dụng GaAs hoặc SiGe, có điện áp phá vỡ cao hơn và có thể được sử dụng cho các ứng dụng thiết bị tần số cao, nhưng công suất thiết bị thấp hơn, thường thấp hơn 50W.Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba GaN có đặc điểm di động điện tử cao hơn và tốc độ chuyển đổi nhanhTrong khi phản ánh hiệu suất tần số cao của GaAs, nó kết hợp các lợi thế của LDMOS dựa trên Si.khả năng xử lý năng lượngDo đó, nó mạnh hơn đáng kể so với GaAs về hiệu suất, có lợi thế đáng kể trong các ứng dụng tần số cao và có tiềm năng lớn trong tần số vô tuyến vi sóng,IDC và các lĩnh vực khácVới sự tăng tốc xây dựng các trạm cơ sở 5G trên toàn quốc, thị trường thiết bị tần số vô tuyến GaN trong nước đã phát triển theo cấp số nhân.và dự kiến sẽ giải phóng nhu cầu mới cho GaN PA vượt quá 100 tỷ nhân dân tệTỷ lệ thâm nhập của các thiết bị RF GaN trong các trạm cơ sở 5G dự kiến sẽ đạt 70% trong ba đến năm năm tới.

Thiết bị GaN HEMT

GaN HEMT (High Electron Mobility Transistors, Nitride High Electron Mobility Transistor), như một đại diện của các thiết bị bán dẫn băng tần rộng (WBG), có tính di động electron cao hơn,vận tốc electron bão hòa và tốc độ va chạm so với các thiết bị Si và SiCDo những lợi thế của vật liệu, GaN có tính năng và tần số tuyệt vời và mất điện thấp trong điều kiện hoạt động tần số cao.

GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) là một loại khí electron hai chiều (2DEG) sử dụng sự tích tụ rào cản tiềm năng sâu giữa các heterojunction như một kênh dẫn,và đạt được dẫn dưới sự điều chỉnh của sự thiên vị điện áp tại hai đầu của cổng, nguồn, và thoát nước. cấu trúc thiết bị đặc trưng. do hiệu ứng phân cực mạnh trong heterojunction được hình thành bởi các vật liệu GaN,một số lượng lớn các electron liên kết đầu tiên được tạo ra trong giếng lượng tử tại giao diện của heterojunctionCấu trúc cơ bản của một thiết bị AlGaN / Ga N-HEMT điển hình được hiển thị trong hình 5 bên dưới.Lớp dưới của thiết bị là lớp nền (thường là vật liệu SiC hoặc Si), và sau đó là lớp đệm GaN loại N phát triển theo đại trục, và lớp rào cản AlGaN loại P phát triển theo đại trục, tạo thành một heterojunction AlGaN / GaN. Cuối cùng, cổng (G),Nguồn (S) và thoát nước (D) được lắng đọng trên lớp AlGaN để tạo thành các liên lạc Schottky cho doping nồng độ cao, và được kết nối với khí electron hai chiều trong kênh để tạo ra các liên lạc ohmic.

Điện áp nguồn thoát nước VDS tạo ra một trường điện bên trong kênh.khí electron hai chiều được vận chuyển dọc theo giao diện heterojunction để tạo thành dòng IDS đầu raCổng ở trong Schottky tiếp xúc với lớp rào cản AlGaN, và chiều sâu của các tiềm năng cũng trong AlGaN / GaN heterojunction được điều khiển bởi số lượng của điện áp cổng VGS,và mật độ bề mặt khí electron hai chiều trong kênh được thay đổi, do đó kiểm soát mật độ bên trong của kênh. dòng thoát nước.

Sự xuất hiện của thiết bị GaN HEMT và sơ đồ mạch

Sơ đồ sơ đồ cấu trúc thiết bị GaN HEMT

Đánh giá các thiết bị GaN HEMT thường bao gồm các đặc điểm DC (thử nghiệm DC l-V), các đặc điểm tần số (thử nghiệm thông số S-parameter tín hiệu nhỏ) và các đặc điểm điện (thử nghiệm Load-Pull).

Xét nghiệm đặc tính DC

Giống như các bóng bán dẫn dựa trên silicon, các thiết bị GaN HEMT cũng yêu cầu thử nghiệm DC l-V để mô tả khả năng đầu ra DC và điều kiện làm việc của thiết bị.,BVD, gfs, vv, trong đó lps dòng đầu ra và gm dẫn xuyên là hai thông số cốt lõi nhất.

GaN HEMTGaN HEMT Thông số kỹ thuật thiết bị

Đường cong đặc trưng đầu ra của thiết bị GaN HEMT

Xét nghiệm đặc điểm tần số

Kiểm tra tham số tần số của các thiết bị RF bao gồm đo lường các tham số tín hiệu nhỏ S, liên điều chế (IMD), số tiếng ồn và các đặc điểm giả.thử nghiệm tham số S mô tả các đặc điểm cơ bản của các thiết bị RF ở tần số khác nhau và cho các mức công suất khác nhau của tín hiệu, và định lượng cách năng lượng RF lan truyền qua hệ thống.

Các thông số S cũng là các thông số phân tán.S-parameter là một công cụ để mô tả hành vi điện của các thành phần dưới sự kích thích của tín hiệu tần số cao thể hiện các đặc điểm tần số vô tuyếnNó được thực hiện bởi số lượng vật lý có thể đo được được "phân tán".Kích thước của số lượng vật lý được đo phản ánh rằng các thành phần có đặc điểm khác nhau sẽ "phân tán" cùng một tín hiệu đầu vào ở mức độ khác nhau.

Sử dụng các thông số S tín hiệu nhỏ, chúng ta có thể xác định các đặc điểm RF cơ bản bao gồm tỷ lệ sóng đứng điện áp (VSWR), mất trở lại, mất chèn hoặc tăng ở tần số nhất định.Các thông số S tín hiệu nhỏ thường được đo bằng cách sử dụng tín hiệu kích thích sóng liên tục (CW) và áp dụng phát hiện phản ứng băng hẹpTuy nhiên, nhiều thiết bị RF được thiết kế để hoạt động với các tín hiệu xung có phản ứng vùng tần số rộng.Điều này làm cho nó khó khăn để mô tả chính xác các thiết bị RF bằng cách sử dụng các phương pháp phát hiện băng hẹp tiêu chuẩnDo đó, để mô tả thiết bị trong chế độ xung, các tham số S xung được sử dụng thường xuyên.Hiện tại, một số doanh nghiệp đã áp dụng phương pháp xung để kiểm tra các thông số S, và phạm vi đặc điểm kỹ thuật thử nghiệm là: chiều rộng xung 100us, chu kỳ làm việc 10 ~ 20%.

Do sự hạn chế của vật liệu thiết bị GaN và quy trình sản xuất, các thiết bị chắc chắn có các khiếm khuyết, dẫn đến sự sụp đổ hiện tại, sự chậm trễ cổng và các hiện tượng khác.Trong trạng thái hoạt động tần số vô tuyến, dòng điện đầu ra của thiết bị giảm, và điện áp đầu gối tăng, cuối cùng làm giảm sức mạnh đầu ra và làm suy giảm hiệu suất.một phương pháp thử nghiệm xung là cần thiết để có được trạng thái hoạt động thực tế của thiết bị trong chế độ hoạt động xungỞ cấp độ nghiên cứu khoa học, tác động của chiều rộng xung trên khả năng đầu ra hiện tại cũng đang được xác minh.

Xét nghiệm đặc tính điện (kiểm tra kéo tải)

Các thiết bị GaN HEMT có đặc tính tuyệt vời để thích nghi với các điều kiện tần số cao và công suất cao.thử nghiệm tham số S tín hiệu nhỏ đã khó đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm của các thiết bị công suất cao. Thử nghiệm kéo tải (Load-Pull test) rất quan trọng cho việc đánh giá hiệu suất của các thiết bị điện trong điều kiện làm việc phi tuyến tính, và nó có thể giúp thiết kế phù hợp của các bộ khuếch đại điện RF.Trong thiết kế mạch tần số vô tuyến, nó là cần thiết để phù hợp đầu vào và đầu ra của thiết bị tần số vô tuyến với trạng thái phù hợp chung vòng.Lợi thế của thiết bị là tuyến tính, nhưng khi sức mạnh đầu vào của thiết bị được tăng lên để làm cho nó hoạt động trong trạng thái không tuyến tính tín hiệu lớn, do sức hút của thiết bị, trở ngại tốt nhất của thiết bị sẽ kết quả.Vị trí đã thay đổi.Do đó, để có được điểm cản tốt nhất và các thông số điện tương ứng như công suất đầu ra và hiệu quả của thiết bị RF trong trạng thái hoạt động phi tuyến tính,cần phải thực hiện thử nghiệm kéo tải tín hiệu lớn trên thiết bị, để thiết bị có thể thay đổi đầu cuối đầu ra của thiết bị dưới sức mạnh đầu vào cố định. Giá trị trở ngại của tải phù hợp được sử dụng để tìm điểm trở ngại tốt nhất.Tăng năng lượng (Tăng), mật độ công suất đầu ra (Pout) và hiệu quả tăng công suất (PAE) là các thông số quan trọng để xem xét các đặc điểm công suất của các thiết bị RF GaN.

Hệ thống thử nghiệm đặc tính DC l-V dựa trên S/CS Series Source Measure Meter

Toàn bộ hệ thống thử nghiệm dựa trên đo nguồn chính xác S / CS series, với trạm thăm dò và phần mềm thử nghiệm đặc biệt, nó có thể được sử dụng cho GaN HEMT, GaAs RF thiết bị DC tham số thử nghiệm,bao gồm cả điện áp ngưỡng, dòng điện, đường cong đặc điểm đầu ra, vv

S/CS Series DC Source Measure Meter

Máy đo nguồn dòng S là máy đo nguồn địa phương đầu tiên với độ chính xác cao, phạm vi động lớn và cảm ứng kỹ thuật số mà PRECISE đã xây dựng trong nhiều năm.Nó tích hợp các chức năng khác nhau như đầu vào và đầu ra của điện áp và hiện tại, và đo lường. Điện áp tối đa là 300V, và dòng điện tối đa là 1A. Hỗ trợ làm việc bốn phần tư, hỗ trợ tuyến tính, logarithmic, tùy chỉnh và các chế độ quét khác.Nó có thể được sử dụng cho thử nghiệm đặc tính DC l-V của GaN và GaAs RF vật liệu trong sản xuất và R & D, cũng như chip.

CS series plug-in source measure meter (host + sub-card) là một sản phẩm thử nghiệm mô-đun được tung ra cho các kịch bản thử nghiệm đa kênh.Tối đa 10 thẻ con có thể được lựa chọn cho các thiết bị đo nguồn plug-in chính xác, có nhiều chức năng như điện áp và dòng điện đầu vào và đầu ra, và đo lường.và có mật độ kênh cao. , Chức năng kích hoạt đồng bộ mạnh mẽ, hiệu quả cao của sự kết hợp nhiều thiết bị, vv

Đối với thử nghiệm đặc điểm DC của thiết bị RF, điện áp cổng thường trong phạm vi ± 10V và nguồn và điện áp thoát trong phạm vi 60V. Ngoài ra, vì thiết bị là loại ba cổng,yêu cầu ít nhất 2 đơn vị đo nguồn S hoặc thẻ con 2 kênh CS.

Xét nghiệm đường cong đặc trưng đầu ra

Trong trường hợp một cửa và nguồn điện áp VG nhất định, đường cong thay đổi giữa nguồn và thoát nước hiện tại lbs và điện áp Vos được gọi là đường cong đặc tính đầu ra.,Ngoài ra, bằng cách kiểm tra các giá trị điện áp cổng và nguồn khác nhau, một bộ đường cong đặc trưng đầu ra có thể được thu được.

Xét nghiệm dẫn xuyên

Transconductance gm là một thông số mô tả khả năng điều khiển của cổng thiết bị đến kênh.càng mạnh khả năng điều khiển của cổng đến kênh.

Nó được định nghĩa là gm = dlDs / dVgo. Dưới điều kiện điện áp nguồn và thoát liên tục, đường cong thay đổi giữa nguồn và thoát hiện tại lDs và cổng và nguồn điện áp VG được thử nghiệm,và giá trị dẫn xuyên có thể được lấy bằng cách dẫn ra đường congTrong số đó, nơi có giá trị dẫn xuyên lớn nhất được gọi là gm,max.

Hệ thống thử nghiệm đặc trưng xung I-V dựa trên đo nguồn xung chính xác trong chuỗi Р/số CP nguồn xung điện áp không đổi

Toàn bộ hệ thống thử nghiệm dựa trên bộ đo nguồn xung loạt Psys P mét / nguồn xung điện áp không đổi CP, với trạm thăm dò và phần mềm thử nghiệm đặc biệt, nó có thể được sử dụng cho GaN HEMT,Thử nghiệm tham số xung I-V của thiết bị RF GaAs, đặc biệt là bản vẽ của đường cong đặc trưng đầu ra xung IV.

Máy đo nguồn xung loạt P

Máy đo nguồn xung loạt P là một máy đo nguồn xung với độ chính xác cao, đầu ra mạnh và phạm vi thử nghiệm rộng được phát hành bởi PRECISE,tích hợp nhiều chức năng như đầu vào và đầu ra điện áp và dòng, và đo lường. Sản phẩm có hai chế độ hoạt động của DC và xung. Điện áp đầu ra tối đa là 300V, dòng điện đầu ra xung tối đa là 10A, điện áp tối đa là 300V,và dòng điện tối đa là 1ANó hỗ trợ hoạt động bốn phần tư và hỗ trợ tuyến tính, logarithmic, tùy chỉnh và các chế độ quét khác.Nó có thể được sử dụng cho thử nghiệm đặc trưng l-V xung của GaN và GaAs vật liệu tần số vô tuyến và chip trong sản xuất và nghiên cứu và phát triển.

Xét nghiệm đường cong đặc trưng xung đầu ra

Do sự hạn chế của các vật liệu thiết bị GaN và quy trình sản xuất, có hiệu ứng sụp đổ hiện tại. Do đó, sẽ có sự sụt giảm điện khi thiết bị hoạt động trong điều kiện xung,và tình trạng hoạt động hiệu suất cao lý tưởng không thể đạt đượcPhương pháp thử nghiệm đặc trưng đầu ra xung là áp dụng tín hiệu điện áp xung định kỳ vào cửa và thoát nước của thiết bị đồng bộ,và điện áp của cổng và thoát nước sẽ thay thế thay thế giữa điểm hoạt động tĩnh và điểm hoạt động hiệu quả đồng bộKhi Vcs và Vos là điện áp hiệu quả, dòng điện của thiết bị được theo dõi.Nghiên cứu chứng minh rằng điện áp hoạt động yên tĩnh khác nhau và chiều rộng xung có tác dụng khác nhau trên sự sụp đổ hiện tại.

Hệ thống thử nghiệm thông số xung S dựa trên nguồn xung điện áp không đổi dòng CP chính xác

Toàn bộ hệ thống thử nghiệm dựa trên nguồn xung điện áp liên tục Pousse CP, với máy phân tích mạng, trạm thăm dò, thiết bị Bias-tee và phần mềm thử nghiệm đặc biệt.Dựa trên thử nghiệm thông số tín hiệu DC nhỏ S, thử nghiệm tham số xung S của các thiết bị RF GaN HEMT và GaAs có thể được thực hiện.

Tóm lại

Wuhan Precise đã tập trung vào việc phát triển các dụng cụ và hệ thống thử nghiệm hiệu suất điện trong lĩnh vực thiết bị điện, thiết bị tần số vô tuyến và bán dẫn thế hệ thứ ba.Nguồn điện lớn xung, thẻ thu dữ liệu tốc độ cao, nguồn điện áp không đổi xung và các sản phẩm thiết bị khác và một bộ hệ thống thử nghiệm hoàn chỉnh.Các sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân tích và thử nghiệm các vật liệu và thiết bị bán dẫn điệnTheo nhu cầu của người dùng, chúng tôi có thể cung cấp các giải pháp toàn diện cho kiểm tra hiệu suất điện với hiệu suất cao,hiệu quả cao và hiệu suất chi phí cao