دستگاه های فرکانس رادیویی اجزای اساسی برای تحقق انتقال و دریافت سیگنال هستند و هسته ارتباطات بی سیم هستند، عمدتا شامل فیلترها (Filter) ، تقویت کننده های قدرت (PA) ،سوئیچ های فرکانس رادیویی (Switch)، تقویت کننده های کم سر و صدا (LNA) ، تنظیم کننده های آنتن (Tuner) و دوپلکس/متلیپکس (Du/Multiplexer) و انواع دیگر دستگاه ها.تقویت کننده قدرت یک دستگاه برای تقویت سیگنال های فرکانس رادیویی است، که به طور مستقیم پارامترهای کلیدی مانند فاصله ارتباطات بی سیم و کیفیت سیگنال بین ترمینال های تلفن همراه و ایستگاه های پایه را تعیین می کند.

تقویت کننده قدرت (PA، تقویت کننده قدرت) جزء اصلی فرونت اند RF است. 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 signalPA عمدتاً در پیوند انتقال استفاده می شود. با تقویت سیگنال فرکانس رادیویی ضعیف کانال انتقال، سیگنال می تواند با موفقیت قدرت کافی را بدست آورد،به منظور دستیابی به کیفیت ارتباط بالاتر و فاصله ارتباط طولانی تربنابراین، عملکرد PA می تواند به طور مستقیم ثبات و قدرت سیگنال های ارتباطی را تعیین کند.

کاربردهای دستگاه های RF

با توسعه مداوم مواد نیمه هادی، تقویت کننده های قدرت همچنین سه مسیر فنی اصلی CMOS، GaAs و GaN را تجربه کرده اند.ماده نیمه هادی نسل اول CMOS است، با تکنولوژی بالغ و ظرفیت تولید پایدار. معایب این است که محدودیت فرکانس عملیاتی وجود دارد و بالاترین فرکانس موثر کمتر از 3GHz است.مواد نیمه هادی نسل دوم عمدتا از GaAs یا SiGe استفاده می کنند، که ولتاژ وقفه بیشتری دارند و می توانند برای برنامه های دستگاه با قدرت بالا و فرکانس بالا استفاده شوند، اما قدرت دستگاه کمتر است، معمولا کمتر از 50 وات.ماده نیمه هادی نسل سوم GaN دارای ویژگی های تحرک الکترون بالاتر و سرعت سوئیچ سریع است، که نقص های دو فناوری سنتی GaAs و LDMOS مبتنی بر Si را جبران می کند. در حالی که عملکرد فرکانس بالا GaAs را منعکس می کند، مزایای LDMOS مبتنی بر Si را ترکیب می کند.قابلیت کنترل قدرتبنابراین به طور قابل توجهی قوی تر از GaAs در عملکرد، دارای مزایای قابل توجهی در برنامه های فرکانس بالا، و دارای پتانسیل بزرگ در فرکانس رادیویی مایکروویو،IDC و زمینه های دیگربا تسریع در ساخت ایستگاه های پایه 5G در سراسر کشور، بازار دستگاه فرکانس رادیویی GaN داخلی به طور نمایی رشد کرده است.و انتظار می رود تقاضای جدید برای GaN PAs بیش از 100 میلیارد یوآن را آزاد کندانتظار می رود نرخ نفوذ دستگاه های RF GaN در ایستگاه های پایه 5G در سه تا پنج سال آینده به 70٪ برسد.

دستگاه های GaN HEMT

GaN HEMT (Transistors High Electron Mobility, Nitride High Electron Mobility Transistor) ، به عنوان نماینده دستگاه های نیمه هادی باند گپ (WBG) ، دارای تحرک الکترونی بالاتر است.سرعت الکترون اشباع و سرعت ضربه در مقایسه با دستگاه های Si و SiCبه دلیل مزایای مواد، GaN دارای ویژگی های قدرت و فرکانس عالی و از دست دادن قدرت کم در شرایط عملکرد فرکانس بالا است.

GaN HEMT (Transistor High Electron Mobility) نوعی گاز الکترونی دو بعدی (2DEG) است که از انباشت مانع پتانسیل عمیق بین هیتروجنکشن ها به عنوان یک کانال رسانا استفاده می کند.و به دست می آورد هدایت تحت تنظیم تعصب ولتاژ در دو ترمینال دروازهبه دلیل اثر قطبی قوی در هیتروجنکشن تشکیل شده توسط مواد GaN،تعداد زیادی از الکترون های اول متصل در چاه کوانتومی در رابط هیتروجنکشن تولید می شوندساختار اساسی یک دستگاه AlGaN / Ga N-HEMT معمولی در شکل 5 زیر نشان داده شده است.لایه پایین دستگاه لایه ی بستر است (معمولا مواد SiC یا Si)، و سپس لایه ی خنک کننده ی GaN نوع N که به صورت اپیتاکسیال رشد کرده و لایه ی مانع AlGaN نوع P که به صورت اپیتاکسیال رشد کرده ، یک هیتروجنکشن AlGaN / GaN را تشکیل می دهند. در نهایت، دروازه (G) ،منبع (S) و تخلیه (D) بر روی لایه AlGaN قرار می گیرند تا تماس های Schottky را برای دوپینگ غلظت بالا تشکیل دهند.، و با گاز الکترون دو بعدی در کانال به صورت تماس های اومیکی متصل می شوند.

ولتاژ منبع تخلیه VDS یک میدان الکتریکی جانبی در کانال تولید می کند. تحت عمل میدان الکتریکی جانبی،گاز الکترون دو بعدی در امتداد رابط هیتروجنکشن حمل می شود تا جریان خروجی تخلیه را تشکیل دهددروازه در تماس Schottky با لایه مانع AlGaN است، و عمق چاه پتانسیل در هیتروجنکشن AlGaN / GaN توسط شدت ولتاژ دروازه VGS کنترل می شود،و چگالی سطح دو بعدی الکترون گاز در کانال تغییر می کند، به این ترتیب کنترل چگالی داخلی کانال. جریان خروجی تخلیه.

ظاهر دستگاه GaN HEMT و نمودار مدار

نمودار طرحی از ساختار دستگاه GaN HEMT

ارزیابی دستگاه های GaN HEMT به طور کلی شامل ویژگی های DC (بررسی DC l-V) ، ویژگی های فرکانس (بررسی پارامتر S سیگنال کوچک) و ویژگی های قدرت (بررسی Load-Pull).

آزمایش ویژگی های DC

مانند ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون، دستگاه های GaN HEMT نیز نیاز به آزمایش DC l-V برای توصیف توانایی خروجی DC و شرایط کاری دستگاه دارند. پارامترهای آزمایش آن عبارتند از: Vos، IDs، BVGD,BVDs، gfs، و غیره، که در میان آنها جریان خروجی lps و transconductance gm دو پارامتر اصلی هستند.

مشخصات دستگاه GaN HEMTGaN HEMT

منحنی ویژگی های خروجی دستگاه GaN HEMT

آزمایش ویژگی های فرکانس

آزمایش پارامتر فرکانس دستگاه های RF شامل اندازه گیری پارامترهای سیگنال کوچک S، بین تعدیل (IMD) ، رقم سر و صدا و ویژگی های جعلی است.آزمایش پارامتر S ویژگی های اساسی دستگاه های RF را در فرکانس های مختلف و برای سطوح مختلف قدرت سیگنال توصیف می کند.، و اندازه گیری می کند که چگونه انرژی RF از طریق سیستم گسترش می یابد.

پارامتر S همچنین پارامتر پراکندگی است.پارامتر S ابزاری برای توصیف رفتار الکتریکی اجزای تحت تحریک سیگنال های فرکانس بالا است که ویژگی های فرکانس رادیویی را نشان می دهداین توسط مقدار فیزیکی قابل اندازه گیری که "پراکنده" است، تحقق می یابد.اندازه مقدار فیزیکی اندازه گیری شده نشان می دهد که اجزای دارای ویژگی های مختلف همان سیگنال ورودی را به درجه های مختلف "پراکنده" می کنند.

با استفاده از پارامترهای S سیگنال کوچک، می توانیم ویژگی های RF اساسی از جمله نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) ، از دست دادن بازگشت، از دست دادن ورودی یا افزایش در فرکانس داده شده را تعیین کنیم.پارامترهای S سیگنال کوچک معمولا با استفاده از سیگنال تحریک موج مداوم (CW) و استفاده از تشخیص پاسخ باند باریک اندازه گیری می شوند.با این حال، بسیاری از دستگاه های RF برای کار با سیگنال های پالس طراحی شده اند که پاسخ دامنه فرکانس گسترده ای دارند.این باعث می شود که مشخص کردن دقیق دستگاه های RF با استفاده از روش های تشخیص باند باریک استاندارد دشوار باشدبنابراین، برای توصیف دستگاه در حالت پالس، به اصطلاح پارامترهای S پالس اغلب استفاده می شود. این پارامترهای پراکندگی با تکنیک های خاص اندازه گیری پاسخ پالس بدست می آیند.در حال حاضر، برخی از شرکت ها روش پالس را برای آزمایش پارامترهای S اتخاذ کرده اند و محدوده مشخصات آزمایش: عرض پالس 100us، چرخه کار 10 ~ 20٪.

به دلیل محدودیت مواد دستگاه GaN و فرآیند تولید، دستگاه ها اجتناب ناپذیری نقص دارند، که منجر به سقوط جریان، تاخیر دروازه و سایر پدیده ها می شود.در حالت کار فرکانس رادیوییدر این زمان، جریان خروجی دستگاه کاهش می یابد و ولتاژ زانو افزایش می یابد، که در نهایت قدرت خروجی را کاهش می دهد و عملکرد را کاهش می دهد.یک روش آزمایش پالس برای بدست آوردن وضعیت عملی دستگاه در حالت کار پالس مورد نیاز است.در سطح تحقیقات علمی، تأثیر عرض نبض بر توانایی خروجی فعلی نیز بررسی می شود. محدوده آزمایش عرض نبض سطح 0.5us ~ 5ms را پوشش می دهد و چرخه کار 10٪ است.

آزمایش ویژگی های قدرت (بررسی فشار)

دستگاه های GaN HEMT دارای ویژگی های عالی برای سازگاری با فرکانس بالا و شرایط قدرت بالا هستند.آزمایش پارامتر S برای سیگنال های کوچک دشوار بوده است تا نیازهای آزمایش دستگاه های با قدرت بالا را برآورده کند.آزمایش فشار بار (بررسی فشار بار) برای ارزیابی عملکرد دستگاه های قدرت در شرایط کار غیر خطی بسیار مهم است و می تواند به طراحی مناسب تقویت کننده های قدرت RF کمک کند.در طراحی مدارهای فرکانس رادیویی، لازم است که پایانه های ورودی و خروجی دستگاه های فرکانس رادیویی با حالت هماهنگی دور مشترک مطابقت داشته باشند.افزونه دستگاه خطی است، اما هنگامی که قدرت ورودی دستگاه افزایش می یابد تا آن را در حالت غیرخطی سیگنال بزرگ کار کند، به دلیل کشیدن قدرت دستگاه، بهترین مانع دستگاه حاصل می شود.نقطه تغییر کردهبنابراین، به منظور به دست آوردن بهترین نقطه مقاومت و پارامترهای قدرت مربوطه مانند قدرت خروجی و بهره وری دستگاه RF در حالت کار غیر خطی،لازم است که یک آزمایش بار کششی با سیگنال بزرگ بر روی دستگاه انجام شود.، به طوری که دستگاه می تواند ترمینال خروجی دستگاه را تحت یک قدرت ورودی ثابت تغییر دهد. ارزش مقاومت بار مطابقت یافته برای پیدا کردن بهترین نقطه مقاومت استفاده می شود. از جمله آنها،افزایش قدرت (رشد)، تراکم قدرت خروجی (Pout) و بهره وری قدرت افزوده (PAE) پارامترهای مهمی برای ویژگی های قدرت دستگاه های RF GaN هستند.

سیستم تست ویژگی های DC l-V بر اساس اندازه گیری منبع سری S/CS

کل مجموعه از سیستم تست بر اساس دقیق S / CS سری منبع اندازه گیری متر است، با ایستگاه کاوشگر و نرم افزار تست ویژه، آن را می توان برای GaN HEMT، GaAs دستگاه RF آزمایش پارامتر DC استفاده می شود،از جمله ولتاژ آستانه، جریان، منحنی ویژگی های خروجی و غیره

اندازه گیری منبع DC سری S/CS

اندازه گیری منبع سری S اولین اندازه گیری منبع محلی با دقت بالا، محدوده پویا و لمس دیجیتال است که PRECISE برای سال های بسیاری ساخته شده است.آن را ادغام عملکردهای مختلف مانند ورودی و خروجی ولتاژ و جریان، و اندازه گیری. حداکثر ولتاژ 300V است و حداکثر جریان 1A است. پشتیبانی از کار چهار ربع، پشتیبانی از حالت خطی، لوگاریتم، سفارشی و سایر حالت های اسکن.می تواند برای آزمایش ویژگی های DC l-V از مواد RF GaN و GaAs در تولید و تحقیق و توسعه استفاده شود، و همچنین چیپس.

اندازه گیری منبع پلاگین سری CS (host + sub-card) یک محصول آزمایش ماژولار برای سناریوهای آزمایش چند کانال است.تا 10 زیر کارت می تواند برای دستگاه اندازه گیری منبع پلاگین دقیق انتخاب شود، که دارای عملکردهای متعدد مانند ولتاژ و ورودی و خروجی جریان و اندازه گیری است. حداکثر ولتاژ 300V، حداکثر جریان 1A است، از کار چهار ربع پشتیبانی می کند،و دارای چگالی کانال بالا است. ، عملکرد فعال سازی همزمان قوی، بهره وری بالا از ترکیب چند دستگاه و غیره

برای آزمایش ویژگی های DC دستگاه های RF، ولتاژ دروازه به طور کلی در حدود ±10V و ولتاژ منبع و تخلیه در حدود 60V است. علاوه بر این، از آنجا که دستگاه یک نوع سه پورت است،حداقل 2 واحد اندازه گیری منبع S یا کارت های دختر 2 کانال CS مورد نیاز است..

آزمایش منحنی ویژگی های خروجی

در مورد یک دروازه خاص و ولتاژ منبع VGs، منحنی تغییر بین منبع و تخلیه جریان lbs و ولتاژ Vos منحنی ویژگی خروجی نامیده می شود.,همچنین، با آزمایش مقادیر مختلف ولتاژ دروازه و منبع Vcs، مجموعه ای از منحنی های ویژگی خروجی را می توان بدست آورد.

آزمون ترانسکندکتیانس

ترانسکندنتانس gm یک پارامتر است که توانایی کنترل دروازه دستگاه را به کانال مشخص می کند. هرچه مقدار ترانسکندنتانس بیشتر باشد،هرچه قدرت کنترل دروازه به کانال قوی تر باشد.

این مقدار به عنوان gm=dlDs/dVgo تعریف می شود. در شرایط ولتاژ منبع و تخلیه ثابت، منحنی تغییر بین ولتاژ منبع و تخلیه جریان lD و ولتاژ دروازه و منبع VG آزمایش می شود.و مقدار ترانسکندنتانس را می توان با اخذ منحنیدر میان آنها، جایی که مقدار ترانسکندنتانس بیشترین است gm،max نامیده می شود.

سیستم تست ویژگی های پالس I-V بر اساس اندازه گیری دقیق منبع پالس سری Р/مصدر پالس ولتاژ ثابت سری CP

کل مجموعه سیستم آزمایش بر اساس واحد اندازه گیری منبع پالس سری Psys P متر / منبع پالس ولتاژ ثابت CP است ، با ایستگاه سنج و نرم افزار آزمایش ویژه ، می تواند برای GaN HEMT استفاده شود ،آزمایش پارامتر پالس I-V دستگاه RF GaAsمخصوصاً نقشه منحنی مشخصه خروجی پالس IV.

اندازه گیری منبع پالس سری P

اندازه گیری منبع پالس سری P یک اندازه گیری منبع پالس با دقت بالا، خروجی قوی و محدوده آزمایش گسترده است که توسط PRECISE عرضه شده است.که توابع متعددی مانند ورودی و خروجی ولتاژ و جریان را ادغام می کند، و اندازه گیری. محصول دارای دو حالت کار DC و پالس است. حداکثر ولتاژ خروجی 300V است، حداکثر ولتاژ خروجی پالس 10A است، حداکثر ولتاژ 300V است،و حداکثر جریان 1A است. آن را پشتیبانی از عملیات چهار ربع و پشتیبانی از خطی، لوگرتیمی، سفارشی و دیگر حالت اسکن.می تواند برای آزمایش ویژگی های پالس l-V از مواد و تراشه های فرکانس رادیویی GaN و GaAs در تولید و تحقیق و توسعه استفاده شود.

آزمایش منحنی مشخص پالس خروجی

به دلیل محدودیت مواد دستگاه GaN و فرآیندهای تولید، یک اثر سقوط فعلی وجود دارد. بنابراین زمانی که دستگاه در شرایط پالس کار می کند، کاهش قدرت وجود خواهد داشت.و حالت کار ایده آل با قدرت بالا نمی تواند به دست آیدروش آزمایش ویژگی خروجی پالس این است که یک سیگنال ولتاژ پالس دوره ای به دروازه و تخلیه دستگاه به طور همزمان اعمال شود.و ولتاژ دروازه و تخلیه به طور متناوب بین نقطه عملیاتی ثابت و نقطه عملیاتی موثر به طور همزمان تغییر خواهد کردهنگامی که Vcs و Vos ولتاژ موثر هستند، جریان دستگاه نظارت می شود.تحقیقات نشان می دهد که ولتاژ های مختلف کار در حالت استراحت و پهنای پالس اثرات متفاوتی بر سقوط جریان دارند.

سیستم آزمایش پارامتر پالس S بر اساس منبع پالس ولتاژ ثابت سری Precise CP

کل سیستم آزمایش بر اساس منبع پالس ولتاژ ثابت سری Pousse CP است ، با تحلیلگر شبکه ، ایستگاه سنجش ، لامپ Bias-tee و نرم افزار آزمایش ویژه.بر اساس آزمایش پارامتر S سیگنال کوچک DC، آزمایش پارامتر S پالس دستگاه های RF GaN HEMT و GaAs را می توان تحقق بخشید.

خلاصه کنید

ووهان پریس بر روی توسعه ابزار و سیستم های آزمایش عملکرد الکتریکی در زمینه دستگاه های قدرت، دستگاه های فرکانس رادیویی و نیمه هادی نسل سوم تمرکز کرده است..منبع جریان بزرگ پالس، کارت گرفتن داده های با سرعت بالا، منبع ولتاژ ثابت پالس و سایر محصولات ابزار و مجموعه ای کامل از سیستم های آزمایش.محصولات به طور گسترده ای در زمینه تجزیه و تحلیل و آزمایش مواد و دستگاه های نیمه هادی قدرت استفاده می شودبر اساس نیازهای کاربران، ما می توانیم راه حل های جامع برای آزمایش عملکرد الکتریکی با عملکرد بالا ارائه دهیم.بهره وری بالا و عملکرد با هزینه بالا