肖特基二极管大信号特性测试
目录
第1章 引言
1.1选题背景及其意义 5
1.2课题的要求及目标 5
第2章 TRL校准技术基本知识
2.1认识校准的标准 9
2.2 TRL校准技术 14
第3章 网络分析仪功能的介绍
3.1时域反射 17
3.2 时域门限 18
3.3 网络分析仪测量大功率元件的特性 19
第4章 TRL校准件的设计
4.1 TRL校准件的设计 22
4.2 TRL校准件标准分析 24
第5章 肖特基二极管的测试
5.1 测试座中的DUT的校验 31
5.2 肖特基二极管测试 32
参考文献 35
附录 36
第1章 引言
1.1选题背景及其意义
由于无线通信网络的迅速发展，无线器件的能量补给已成为人们研究的重要课题之一。基于光伏发电、机械振动或热力效应的能量收集系统已经被广泛应用于民用、工业和军事等领域，但由于此类自然能源的接收与输送需要受到外部环境及转化设备的限制，因此，基于吸收电磁能量的微波整流天线技术已经成为远程无线功能的一种有效途径。
整流二极管性能是决定整流效率的关键因素，自上世纪70年代，硅肖特基二极管代替点接触半导体二极管以后，将RF-DC转换效率提高到80%左右。整流二极管工作于大信号状态，所以对其大信号特性的测量也很重要。我们知道，在微波和射频频率中，对其中的元气件的尺寸、重量、封装都有极其严格的要求。 随着不断的更新，这些器件当然也变的更精密、更集成化。所以，为了更好的掌握和使用这些元器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
件件，我们必须来学习怎样更高精度的测量它。
1.2课题的要求及目标
我们知道，在平时一般的测量中都存在着测量误差，同样使用先进的网络分析仪对二极管的测量也一定不可避免存在着误差。虽然网络分析仪对于一般的同轴器件有一套可以达到一定精度的校准工具（calibration kit），但对于非同轴器件（比如我们要测量的肖特基二极管）就不能使用它自带的工具。所以主要的工作就是自己设计出一套可以进行非同轴校验的校准工具，然后对肖特基二极管大信号特性的测量。
肖特基二极管是一种具有良好开关特性的器件,开关频率可以达到GHz级，对其整流特性的应用是整流天线技术的重要组成部分。只有精确测量出其大信号的特性参数，才能设计出对应的整流电路，从而使它们达到最优的匹配，提高微波无线输能的效率。网络分析仪是测量这类器件特性的最佳工具,所以我的主要工作也就是用网络分析仪器尽可能准确的测量出它的特性参数。
图1 SOT-23封装二极管 图2 肖特基二极管内部电路图 图3 肖特基二极管等效电路图
Parameter
Unit
HMPS-282x
Bv
V
15
CJ0
PF
0.7
EG
EV
0.60
IBV
A
1E-4
Is
A
2.2E-8
N
1.08
Rs
Ω
8.0
PB
V
0.65
PT
2
M
0.5
表1 结电容参数表
我们要测量的肖特基二极管是HSMS-8202 ，它采用了SOT-23封装技术。由图1可以看出，它有3个引脚。图2是它内部的二极管的放置图。图3是这种类型的二极管的等效电路。电阻Rj是我们要求的一个可变电阻，它是随着信号的变化而变化的。对于图3中的6欧姆那个电阻我们可以把它定义为Rs，Rs=series resistance即系列阻抗。其中0.17pF的那个电容我们定义为结电容。其中参数可见表1。其中最重要的可变电阻Rj，我们定义如下：
Rj=8.33E?5nT/(Ib+Is)
其中
Ib=externally applied bias current in amps 外部放大应用偏置电流
Is=saturation current 饱和电流
T=temperature, oK 温度
n=ideality factor 理想化因素
我们可以看见，还剩下的1.0nH的电感和0.08pF的电容其实是由于外部的封装所造成的电感性和电容性，它们的数值一般不会随外部的输入电压或输入电功率所改变。
1.2.2 课题要求及目标
试座的要求
随着操作频率地升高和技术的不断进步，对一些元器件的尺寸、重量和封装产生了一定的限制，这使得更小和更集成的器件使用日益频繁。现在许多的RF（<3GHz）频率上的应用中，非标准的表面安装技术 (surface-mount technology SMT)使用得非常普遍。由于不同的技术，功率控制，环境状况，设计等级等等各方面的要求，这些器件的物理尺寸有很大的不同。所以没有一种测试座可以适合所有的待测元件，这必然对校准工具产生了特殊的要求。
对有标准的同轴接口的器件进行高质量的测量相对比较容易，因为我们可以使用校准工具（比如网络分析仪自带的校准工具），而且大多数的网络分析仪里面都建有标准的误差模型。但是类似肖特基二极管这种微带上用，没有连接器的器件就不是那么容易测量的了。 所以我们就发明使用了一些测试座，使他们可以在被测器件（DUT）和同轴接口的测量仪器之间提供电子上和机械上的连接，把被测器件固定在他们上面进行测量。 此外，要准确的测量出这些器件的特性的话， 我们必须进行测试座内校准（in-fixture calibration）, 这样校准后的基准参考点建立在测试座内放置被测器件的地方，可以良好去除由于固定而引起的测量误差。我们要测量肖特基二极管是一个微带器件，所以不同于同轴器件那样有已经标准的校准工具，我们必须自己创造出一个测试座件。
理想的一种测试座应该在测量仪器（如网络分析仪）和被测器件（如肖特基二极管）之间提供透明的连接。也就是说测试座能够提供对被测器件DUT的直接测量（测量结果中没有测试座产生的测量误差）。对测试座来说，这个将意味着没有损耗，线性相位特性的平滑频率响应，精确知道的电长度，输入和输出之间有无限大的隔离度（0窜扰）。
在网络分析仪的同轴端口处进行的校验除去了在测试座前面的网络分析仪的和任何的适配器或者线缆的影响。 然而，这当中不包括驱除测试座的影响。 能进行测试座内（in-fixture）校验当然是最好的（就是把校准的参考平台建立在要焊接被测器件的地方，这样校验后就去除了测试座带来的影响）。但是高质量的SOLT标准并不能在被测器件的测量平台上进行传统的全二端口校验。在微带中，短路线是电感性的，开路线则会辐射能量，在宽频带范围内，高质量的纯电阻负载是非常难产生的。这时，TRL全二端口校验是对传统的SOLT全二端口校验的一种另一个选择。TRL校验在微带环境下可以使用进行更简单的更方便的标准件。
第1章 引言
1.1选题背景及其意义 5
1.2课题的要求及目标 5
第2章 TRL校准技术基本知识
2.1认识校准的标准 9
2.2 TRL校准技术 14
第3章 网络分析仪功能的介绍
3.1时域反射 17
3.2 时域门限 18
3.3 网络分析仪测量大功率元件的特性 19
第4章 TRL校准件的设计
4.1 TRL校准件的设计 22
4.2 TRL校准件标准分析 24
第5章 肖特基二极管的测试
5.1 测试座中的DUT的校验 31
5.2 肖特基二极管测试 32
参考文献 35
附录 36
第1章 引言
1.1选题背景及其意义
由于无线通信网络的迅速发展，无线器件的能量补给已成为人们研究的重要课题之一。基于光伏发电、机械振动或热力效应的能量收集系统已经被广泛应用于民用、工业和军事等领域，但由于此类自然能源的接收与输送需要受到外部环境及转化设备的限制，因此，基于吸收电磁能量的微波整流天线技术已经成为远程无线功能的一种有效途径。
整流二极管性能是决定整流效率的关键因素，自上世纪70年代，硅肖特基二极管代替点接触半导体二极管以后，将RF-DC转换效率提高到80%左右。整流二极管工作于大信号状态，所以对其大信号特性的测量也很重要。我们知道，在微波和射频频率中，对其中的元气件的尺寸、重量、封装都有极其严格的要求。 随着不断的更新，这些器件当然也变的更精密、更集成化。所以，为了更好的掌握和使用这些元器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
件件，我们必须来学习怎样更高精度的测量它。
1.2课题的要求及目标
我们知道，在平时一般的测量中都存在着测量误差，同样使用先进的网络分析仪对二极管的测量也一定不可避免存在着误差。虽然网络分析仪对于一般的同轴器件有一套可以达到一定精度的校准工具（calibration kit），但对于非同轴器件（比如我们要测量的肖特基二极管）就不能使用它自带的工具。所以主要的工作就是自己设计出一套可以进行非同轴校验的校准工具，然后对肖特基二极管大信号特性的测量。
肖特基二极管是一种具有良好开关特性的器件,开关频率可以达到GHz级，对其整流特性的应用是整流天线技术的重要组成部分。只有精确测量出其大信号的特性参数，才能设计出对应的整流电路，从而使它们达到最优的匹配，提高微波无线输能的效率。网络分析仪是测量这类器件特性的最佳工具,所以我的主要工作也就是用网络分析仪器尽可能准确的测量出它的特性参数。
图1 SOT-23封装二极管 图2 肖特基二极管内部电路图 图3 肖特基二极管等效电路图
Parameter
Unit
HMPS-282x
Bv
V
15
CJ0
PF
0.7
EG
EV
0.60
IBV
A
1E-4
Is
A
2.2E-8
N
1.08
Rs
Ω
8.0
PB
V
0.65
PT
2
M
0.5
表1 结电容参数表
我们要测量的肖特基二极管是HSMS-8202 ，它采用了SOT-23封装技术。由图1可以看出，它有3个引脚。图2是它内部的二极管的放置图。图3是这种类型的二极管的等效电路。电阻Rj是我们要求的一个可变电阻，它是随着信号的变化而变化的。对于图3中的6欧姆那个电阻我们可以把它定义为Rs，Rs=series resistance即系列阻抗。其中0.17pF的那个电容我们定义为结电容。其中参数可见表1。其中最重要的可变电阻Rj，我们定义如下：
Rj=8.33E?5nT/(Ib+Is)
其中
Ib=externally applied bias current in amps 外部放大应用偏置电流
Is=saturation current 饱和电流
T=temperature, oK 温度
n=ideality factor 理想化因素
我们可以看见，还剩下的1.0nH的电感和0.08pF的电容其实是由于外部的封装所造成的电感性和电容性，它们的数值一般不会随外部的输入电压或输入电功率所改变。
1.2.2 课题要求及目标
试座的要求
随着操作频率地升高和技术的不断进步，对一些元器件的尺寸、重量和封装产生了一定的限制，这使得更小和更集成的器件使用日益频繁。现在许多的RF（<3GHz）频率上的应用中，非标准的表面安装技术 (surface-mount technology SMT)使用得非常普遍。由于不同的技术，功率控制，环境状况，设计等级等等各方面的要求，这些器件的物理尺寸有很大的不同。所以没有一种测试座可以适合所有的待测元件，这必然对校准工具产生了特殊的要求。
对有标准的同轴接口的器件进行高质量的测量相对比较容易，因为我们可以使用校准工具（比如网络分析仪自带的校准工具），而且大多数的网络分析仪里面都建有标准的误差模型。但是类似肖特基二极管这种微带上用，没有连接器的器件就不是那么容易测量的了。 所以我们就发明使用了一些测试座，使他们可以在被测器件（DUT）和同轴接口的测量仪器之间提供电子上和机械上的连接，把被测器件固定在他们上面进行测量。 此外，要准确的测量出这些器件的特性的话， 我们必须进行测试座内校准（in-fixture calibration）, 这样校准后的基准参考点建立在测试座内放置被测器件的地方，可以良好去除由于固定而引起的测量误差。我们要测量肖特基二极管是一个微带器件，所以不同于同轴器件那样有已经标准的校准工具，我们必须自己创造出一个测试座件。
理想的一种测试座应该在测量仪器（如网络分析仪）和被测器件（如肖特基二极管）之间提供透明的连接。也就是说测试座能够提供对被测器件DUT的直接测量（测量结果中没有测试座产生的测量误差）。对测试座来说，这个将意味着没有损耗，线性相位特性的平滑频率响应，精确知道的电长度，输入和输出之间有无限大的隔离度（0窜扰）。
在网络分析仪的同轴端口处进行的校验除去了在测试座前面的网络分析仪的和任何的适配器或者线缆的影响。 然而，这当中不包括驱除测试座的影响。 能进行测试座内（in-fixture）校验当然是最好的（就是把校准的参考平台建立在要焊接被测器件的地方，这样校验后就去除了测试座带来的影响）。但是高质量的SOLT标准并不能在被测器件的测量平台上进行传统的全二端口校验。在微带中，短路线是电感性的，开路线则会辐射能量，在宽频带范围内，高质量的纯电阻负载是非常难产生的。这时，TRL全二端口校验是对传统的SOLT全二端口校验的一种另一个选择。TRL校验在微带环境下可以使用进行更简单的更方便的标准件。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1628.html
