Funkfrequenzgeräte sind die grundlegenden Komponenten für die Übertragung und den Empfang von Signalen und sind der Kern der drahtlosen Kommunikation, hauptsächlich Filter (Filter), Leistungsverstärker (PA),mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 W, Geräte mit geringer Geräuschbelastung (LNA), Antennen-Tuner (Tuner) und Duplex/Multiplexer (Du/Multiplexer) und andere Geräte.Der Leistungsverstärker ist ein Gerät zur Verstärkung von Funkfrequenzsignalen, die unmittelbar wichtige Parameter wie drahtlose Kommunikationsdistanz und Signalqualität zwischen Mobilfunkterminals und Basisstationen bestimmt.

Der Leistungsverstärker (PA, Power Amplifier) ist der Kernbestandteil des HF-Frontends. 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 signalDurch die Verstärkung des schwachen Funkfrequenzsignals des Übertragungskanals kann das Signal erfolgreich eine ausreichend hohe Leistung erhalten,um eine höhere Kommunikationsqualität und eine längere Kommunikationsdistanz zu erreichenDaher kann die Leistung von PA die Stabilität und Stärke von Kommunikationssignalen direkt bestimmen.

Anwendung von HF-Geräten

Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Halbleitermaterialien haben Leistungsverstärker auch drei große technische Routen von CMOS, GaAs und GaN erlebt.Das Halbleitermaterial der ersten Generation ist CMOSDer Nachteil besteht darin, dass die Betriebsfrequenz begrenzt ist und die höchste effektive Frequenz unter 3 GHz liegt.Die Halbleitermaterialien der zweiten Generation verwenden vor allem GaAs oder SiGe., die eine höhere Abbruchspannung aufweisen und für Hochleistungs- und Hochfrequenzgeräte verwendet werden können, deren Leistung jedoch geringer ist, in der Regel weniger als 50 W.Das Halbleitermaterial GaN der dritten Generation weist die Eigenschaften einer höheren Elektronenmobilität und einer schnellen Schaltgeschwindigkeit auf, die die Mängel der beiden traditionellen Technologien von GaAs und LDMOS auf Si-Basis ausgleicht.Fähigkeit zur LeistungsabwicklungDaher ist es wesentlich stärker als GaAs in der Leistung, hat erhebliche Vorteile in Hochfrequenzanwendungen und hat ein großes Potenzial in der Mikrowellen-Radiofrequenz,IDC und andere BereicheMit der Beschleunigung des Bauens von 5G-Basisstationen im ganzen Land ist der heimische Markt für GaN-Radiofrequenzgeräte exponentiell gewachsen.und es wird erwartet, dass es neue Nachfrage nach GaN-PAs von über 100 Milliarden Yuan freisetztDie Durchdringungsrate von GaN-RF-Geräten in 5G-Basisstationen wird in den nächsten drei bis fünf Jahren voraussichtlich 70% erreichen.

GaN-HEMT-Geräte

GaN HEMT (High Electron Mobility Transistors, Nitride High Electron Mobility Transistor), als Vertreter von Breitband-Bandgap (WBG) Halbleitergeräten, hat eine höhere Elektronenmobilität,Sättigungselektronengeschwindigkeit und Aufprallrate im Vergleich zu Si- und SiC-GerätenAufgrund der Vorteile der Materialien weist GaN hervorragende Leistungs- und Frequenzcharakteristiken und einen geringen Leistungsverlust unter Hochfrequenzbetriebsbedingungen auf.

GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) ist eine Art zweidimensionaler Elektronengas (2DEG), der die tiefe Potentialbarriereakkumulation zwischen Heterojunctions als leitfähigen Kanal verwendet.und erreicht Leitfähigkeit unter der Regelung der Spannungsverzerrung an den beiden Enden des TorsAufgrund des starken Polarisierungseffekts in der von GaN-Materialien gebildeten Heterojunction, ist es nicht möglich, dieEine große Anzahl von erst gebundenen Elektronen wird in der Quantenquelle an der Schnittstelle der Heterojunction erzeugtDie Grundstruktur eines typischen AlGaN/Ga N-HEMT-Geräts wird in Abbildung 5 dargestellt.Die unterste Schicht des Geräts ist die Substratschicht (in der Regel SiC- oder Si-Material), und dann die epitaxial gewachsene N-Typ-GaN-Pufferschicht und die epitaxial gewachsene P-Typ-AlGaN-Schrankschicht, die eine AlGaN/GaN-Heterojunction bildet.Quelle (S) und Abfluss (D) werden auf der AlGaN-Schicht abgelagert, um Schottky-Kontakte für hohe Konzentration zu bilden, und sind mit dem zweidimensionalen Elektronengas im Kanal verbunden, um ohmische Kontakte zu bilden.

Die Abflussspannung VDS erzeugt ein elektrisches Feld im Kanal.das zweidimensionale Elektronengas wird entlang der Heterojunction-Schnittstelle transportiert, um den Abflussstrom IDS zu bilden. Das Tor befindet sich in Schottky-Kontakt mit der AlGaN-Schrankschicht, und die Tiefe des Potentials in der AlGaN/GaN-Heterogruppe wird durch die Größe der Torspannung VGS gesteuert,und die zweidimensionale Elektronen-Gas-Oberflächendichte im Kanal verändert wird, wodurch die innere Dichte des Kanals kontrolliert wird.

Aussehen des GaN HEMT-Geräts und Schaltkreisdiagramm

Schematisches Diagramm der Struktur der GaN-HEMT-Anlage

Die Bewertung von GaN-HEMT-Geräten umfasst im Allgemeinen Gleichspannungseigenschaften (Gleichspannungs-l-V-Test), Frequenzmerkmale (S-Parameter-Test für kleine Signale) und Leistungseigenschaften (Load-Pull-Test).

Gleichstrom-Kennzahlenprüfung

Wie bei Transistoren auf Siliziumbasis erfordern GaN HEMT-Geräte auch DC l-V-Tests zur Charakterisierung der DC-Ausgangsfähigkeit und der Arbeitsbedingungen des Geräts.,BVD, gfs usw., wobei die beiden wichtigsten Parameter die Ausgangsströmung lps und die Transleitfähigkeit gm sind.

Spezifikationen für GaN HEMTGaN HEMT-Geräte

Ausgangscharakteristik der GaN-HEMT-Anlage

Frequenzcharakteristikprüfung

Die Frequenzparameterprüfung von HF-Geräten umfasst die Messung von kleinen Signalparametern S, Intermodulation (IMD), Geräuschwerte und falschen Eigenschaften.Die Prüfung mit dem S-Parameter beschreibt die grundlegenden Eigenschaften von HF-Geräten bei verschiedenen Frequenzen und für verschiedene Leistungsstufen des Signals., und quantifiziert, wie sich die HF-Energie durch das System ausbreitet.

Der S-Parameter ist auch der Streuungsparameter.S-Parameter ist ein Werkzeug zur Beschreibung des elektrischen Verhaltens von Komponenten unter der Anregung von Hochfrequenzsignalen, die Funkfrequenzmerkmale aufweisenEs wird durch die messbare physikalische Größe realisiert, die "verstreut" ist.Die Größe der gemessenen physikalischen Größe spiegelt wider, dass Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften das gleiche Eingangssignal in unterschiedlichem Maße "streuen".

Mithilfe von S-Parametern für kleine Signale können wir grundlegende HF-Eigenschaften bestimmen, einschließlich Spannungsstandwellenverhältnis (VSWR), Rückkehrverlust, Einsatzverlust oder Gewinn bei einer bestimmten Frequenz.Die S-Parameter für kleine Signale werden in der Regel mit einem kontinuierlichen Wellen- (CW) -Erregungssignal und der Einsatz von Schmalbandreaktionsdetektion gemessen.Viele HF-Geräte sind jedoch so konzipiert, dass sie mit pulsierenden Signalen arbeiten, die eine breite Frequenzbereichsantwort haben.Dies macht es schwierig, HF-Geräte mit Standard-Schmalband-Erkennungsmethoden genau zu charakterisierenFür die Charakterisierung von Geräten im Pulsmodus werden daher häufig sogenannte Puls-S-Parameter verwendet.GegenwärtigEinige Unternehmen haben die Impulsmethode zur Prüfung von S-Parametern übernommen, und der Prüfbereich beträgt: 100us Impulsbreite, 10~20% Arbeitszyklus.

Aufgrund der begrenzten Materialien und des Produktionsprozesses von GaN-Geräten haben die Geräte unweigerlich Defekte, die zu Stromzusammenbruch, Torverzögerung und anderen Phänomenen führen.Im Funkfrequenzbetrieb, nimmt der Ausgangsstrom des Geräts ab und die Knie-Spannung steigt, was schließlich die Ausgangsleistung verringert und die Leistung verschlechtert.Um den tatsächlichen Betriebszustand der Vorrichtung im Pulsbetrieb zu ermitteln, ist ein Pulsprüfverfahren erforderlich.Auf wissenschaftlicher Forschungsebene wird auch die Wirkung der Pulsbreite auf die Leistungsfähigkeit des Stroms überprüft.

Leistungsmerkmalprüfung (Last-Pull-Prüfung)

Die GaN-HEMT-Geräte haben hervorragende Eigenschaften, um sich an hohe Frequenzen und hohe Leistungsbedingungen anzupassen.die Prüfung mit S-Parametern für kleine Signale war schwierig, um die Prüfvorschriften für Hochleistungsgeräte zu erfüllen;Der Belastungstest (Load-Pull-Test) ist sehr wichtig für die Leistungsbewertung von Leistungseinrichtungen unter nichtlinearen Arbeitsbedingungen und kann bei der passenden Konstruktion von HF-Leistungsverstärkern helfen.Bei der Konstruktion von Radiofrequenzkreisläufen, müssen die Eingangs- und Ausgangstermine von Funkfrequenzgeräten mit dem gemeinsamen runden Übereinstimmungszustand abgestimmt werden.Die Verstärkung der Vorrichtung ist linear, aber wenn die Eingangsleistung des Geräts erhöht wird, um ihn in einem nichtlinearen Zustand mit großem Signal zu bewirken, ergibt sich aufgrund der Leistung des Geräts die beste Impedanz des Geräts.Der Punkt ist verschoben.Um den besten Impedanzpunkt und die entsprechenden Leistungsparameter wie Ausgangsleistung und Wirkungsgrad des HF-Geräts im nichtlinearen Arbeitszustand zu erhalten,es ist notwendig, eine große Signallast-Tragprüfung an der Vorrichtung durchzuführen, so dass das Gerät das Ausgangsgerät des Geräts unter einer festen Eingangsleistung ändern kann. Der Impedanzwert der abgestimmten Last wird verwendet, um den besten Impedanzpunkt zu finden.Leistungszuwachs (Gewinn), Leistungsdichte (Pout) und Leistungseffizienz (PAE) sind wichtige Berücksichtigungsparameter für die Leistungsmerkmale von GaN-HF-Geräten.

Gleichspannungs-L-V-Karakteristik-Prüfsystem auf Basis der S/CS-Serie

Das gesamte Testsystem basiert auf dem Messgerät der Serie Precise S/CS, mit Sondenstation und spezieller Prüfsoftware, es kann für GaN HEMT, GaAs RF-Gerät DC-Parameterprüfung verwendet werden,einschließlich Schwellenspannung, Strom, Leistungscharakteristikkurve usw.

S/CS-Serie Gleichstromquelle-Messmesser

Das Quellmessgerät der Serie S ist das erste lokalisierte Quellmessgerät mit hoher Präzision, großem Dynamikbereich und digitaler Berührung, das PRECISE seit vielen Jahren entwickelt.Es integriert verschiedene Funktionen wie Eingang und Ausgang von Spannung und Strom, und Messung. Die maximale Spannung beträgt 300 V und der maximale Strom 1 A. Unterstützt vier-Quadranten-Arbeit, unterstützt lineare, logarithmische, benutzerdefinierte und andere Scanning-Modi.Es kann für die Gleichspannung l-V-Karakteristikprüfung von GaN- und GaAs-HF-Materialien in der Produktion und Forschung und Entwicklung verwendet werden, sowie Chips.

Das Plug-in-Quellmessgerät der CS-Serie (Host + Sub-Card) ist ein modulares Prüfprodukt, das für Mehrkanal-Testszenarien eingeführt wurde.Bis zu 10 Unterkarten können für das Präzise Plug-in-Quellmessgerät ausgewählt werden, die mehrere Funktionen wie Spannungs- und Stromein- und -ausgabe sowie Messung aufweist.und hat eine hohe Kanaldichte. , starke synchrone Auslösefunktion, hohe Effizienz der Kombination von mehreren Geräten usw.

Bei der Gleichspannungsprüfung von HF-Geräten liegt die Torspannung im Allgemeinen bei ±10 V und die Quelle- und Abflussspannung bei 60 V. Da es sich bei der Vorrichtung um einen Dreiport-Typ handelt,mindestens 2 S-Quellmessgeräte oder 2-Kanal-CS-Tochterkarten erforderlich sind.

Prüfung der Ausgangscharakteristikkurve

Im Falle eines bestimmten Tor- und Quellspannung VGs wird die Veränderungskurve zwischen Quelle- und Abflussstrom lbs und Spannung Vos als Ausgangscharakteristikkurve bezeichnet.,Durch die Prüfung verschiedener Tor- und Quellspannungswerte Vcs kann außerdem eine Reihe von Ausgangscharakteristikkurven ermittelt werden.

Überleitungsprüfung

Die Transleitfähigkeit gm ist ein Parameter, der die Steuerungsfähigkeit des Geräteausschnitts zum Kanal charakterisiert.je stärker die Steuerungsfähigkeit des Tores zum Kanal.

Es wird als gm=dlDs/dVgo definiert. Unter konstanten Quelle- und Abflussspannungen wird die Veränderungskurve zwischen Quelle- und Abflussstrom-lDs und Tor- und Quelle-Spannungs-VGs geprüft,und der Transleitungswert kann durch Ableitung der Kurve ermittelt werdenUnter ihnen wird der Ort, an dem der Transleitungswert am größten ist, gm,max genannt.

Impulskarakteristisches Prüfsystem I-V auf der Grundlage eines präzisen Impulskörpermessmeters der Reihe Р/Impulskörper der Reihe CP mit konstanter Spannung

Das gesamte Testsystem basiert auf der Pulsmessungseinheit Psys P-Serie/CP-Konstantenspannungspulsquelle, mit Sondenstation und spezieller Prüfsoftware, kann für GaN HEMT verwendet werden,Prüfung der I-V-Parameter für den GaAs-HF-EinrichtungspulsVor allem die Zeichnung der pulsierten I-V-Ausgangs-Karakteristikkurve.

P-Serie-Impulsquellenmessgerät

P-Serie-Impulsquellenmessgerät ist ein von PRECISE eingeführtes, hochpräzises, leistungsstarkes und breites Prüfbereichs-Pulsquellenmessgerät.die mehrere Funktionen wie Eingang und Ausgang von Spannung und Strom integriertDas Produkt verfügt über zwei Arbeitsmodi von Gleichspannung und Puls. Die maximale Ausgangsspannung beträgt 300 V, die maximale Ausgangsspannung des Pulsstroms beträgt 10 A, die maximale Spannung beträgt 300 V,und der maximale Strom beträgt 1AEs unterstützt vier-Quadranten-Betrieb und unterstützt lineare, logarithmische, benutzerdefinierte und andere Scanmodi.Es kann für die pulsierte L-V-Karakteristikprüfung von GaN- und GaAs-Radiofrequenzmaterialien und -chips in der Produktion und Forschung und Entwicklung verwendet werden.

Prüfung der charakteristischen Pulsausgangskurve

Aufgrund der Einschränkungen der Materialien und Produktionsprozesse des GaN-Geräts besteht ein Stromkollapseffekt.und der ideale Hochleistungszustand kann nicht erreicht werden. Das Prüfverfahren für die charakteristische Ausgangsimpulse besteht darin, ein periodisches Impulsspannungssignal synchron auf das Tor und den Abfluss des Geräts zu übertragen,und die Spannung des Tores und Abfluss wechseln zwischen dem statischen Betriebspunkt und dem effektiven Betriebspunkt synchronWenn Vcs und Vos Wirkungsspannungen sind, wird der Strom des Geräts überwacht.Die Forschung zeigt, daß verschiedene Ruhebetriebsspannungen und Pulsschwerpunkte unterschiedliche Auswirkungen auf den Stromkollaps haben..

Pulse-S-Parameter-Prüfsystem auf Basis einer konstanten Spannungspulsquelle der Precise CP-Serie

Das gesamte Prüfsystem basiert auf der Pousse CP-Reihe, mit Netzwerk-Analysator, Sondenstation, Bias-tee-Lösung und spezieller Prüfsoftware.Auf der Grundlage der Parameterprüfung für DC-Kleinsignal S, Puls-S-Parameter-Test von GaN HEMT- und GaAs-HF-Geräten realisiert werden kann.

Zusammenfassung

Wuhan Precise konzentriert sich auf die Entwicklung von elektrischen Leistungsprüfgeräten und -systemen im Bereich von Leistungseinrichtungen, Funkfrequenzgeräten und Halbleitern der dritten Generation..Impulse große Stromquelle, Hochgeschwindigkeitsdatenerfassungskarte, Impulse konstante Spannungsquelle und andere Instrumentenprodukte sowie ein komplettes Testsystem.Die Produkte werden im Bereich der Analyse und Prüfung von Leistungshalbleitermaterialien und -geräten weit verbreitetNach den Bedürfnissen der Benutzer können wir umfassende Lösungen für elektrische Leistungsprüfungen mit hoher Leistungsfähigkeit liefern.hohe Effizienz und hohe Kostenleistung