DE2158033C3

DE2158033C3 - Procedure for testing the cross-modulation resistance of PIN diodes or PSN diodes

Info

Publication number: DE2158033C3
Application number: DE19712158033
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8019 Ebersberg Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-11-23
Publication date: 1976-05-13

Description

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 zu Gradationsverzerrungen führen, für welche das Auge4. The method according to claim 1, characterized in that 20 lead to gradation distortions for which the eye

zeichnet, daß der festgelegte Prozentsatz 10% beträgtindicates that the specified percentage is 10%

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß vor der Messung die Amplitude der angelegten Wechselspannung kurzzeitig wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the amplitude of the before the measurement applied alternating voltage is briefly.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Messung kurzzeitig eine Gleichspannung überlagert wird.6. The method according to claim 1, characterized in that briefly a before the measurement DC voltage is superimposed.

relativ unempfindlich ist Der zulässige Eingangssignalpegel darf in diesem FaIJe viel größer sein. Weiterhin werden bsi Einfall eines starken Nutzsenders die PIN- bzw. PSN-Dioden über dem Regelkreis in einen erhöht 25 Arbeitspunkt gesteuert, bei dem verhältnismäßig kleine Modulationsverzerrungen auftreten. Der Einfall eines starken Störsenders ist für den Regelkreis ohne wesentliche Bedeutung, da durch die ZF-Selektion verhindert wird, daß das Signal des Störsenders in denis relatively insensitive. The permissible input signal level may be much higher in this case. Farther The PIN or PSN diodes above the control circuit become one when a powerful useful transmitter occurs increased 25 operating point controlled at which relatively small modulation distortions occur. The idea of one strong jamming transmitter is of no essential importance for the control loop, as it is due to the IF selection is prevented that the signal of the jammer in the

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 Demodulator gelangt, von dem der Istwert für den7. The method as claimed in claim 1, characterized in that the demodulator arrives from which the actual value for the

zeichnet daß während der Meßzeit der Wechselspannung kurzzeitig Gleichspannungsimpulse überlagert werden.records that during the measurement time the alternating voltage is briefly superimposed by direct voltage pulses will.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Wechselspannung während der Meßzeit kurzzeitig hochfrequente Impulse überlagert werden.8. The method according to claim 1, characterized in that the alternating voltage during the Measuring time, high-frequency pulses are superimposed for a short time.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden.The present invention relates to a method for testing the cross-modulation resistance of PIN or PSN diodes.

Als PIN-Dioden werden solche Dioden bezeichnet.Such diodes are called PIN diodes.

Regelkreis abgenommen wird. Bei Einfall eines starken Störsenders ist es deshalb wahrscheinlich, daß die Dioden in einem Arbeitspunkt gesteuert werden, bei dem starke Kreuzmodulationsverzerrumgen auftreten.Control loop is accepted. In the event of a strong jamming transmitter, it is therefore likely that the Diodes are controlled at an operating point at which strong cross-modulation distortions occur.

Es wäre an sich zu erwarten, daß die Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden in einfacher Weise über die Messung der Trägerlebensdauer möglich wäre, weil diese relativ einfach meßbar ist Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen haben jedoch gezeigt daß die zulässige Störspannung für 1% Kreuzmedulation trotz gleicher Lebensdauer um eine Zehnerpotenz differieren kann. Daher wäre die Kreuzmodulationsfestigkeit der Dioden nur mit einem Verfahren meßbar, bei dem das Signal eines stark modulierten Senders und das Signal eines schwach modulierten Senders, der auf einer anderen Frequenz arbeitet auf das Meßobjekt gegeben werden. Am Ausgang des Meßobjekts wird dabei der schwache Sender mittels eines Bandpasses ausgefiltert und dieIt would be expected that the cross-modulation resistance of PIN or PSN diodes would be easier Way would be possible via the measurement of the carrier life, because this is relatively easy to measure Investigations on which the invention is based have shown, however, that the permissible interference voltage for 1% Cross medulation can differ by a power of ten despite the same lifespan. Hence the Cross-modulation resistance of the diodes can only be measured with a method in which the signal is strong modulated transmitter and the signal of a weakly modulated transmitter on a different frequency works to be given to the test object. At the output of the device under test, the weak one becomes The transmitter is filtered out by means of a band pass and the

welche zwischen ihrem p-leitenden und n-leitenden 50 Größe der Amplituden bestimmt wie dies beispielswei-which determines the size of the amplitudes between its p-conducting and n-conducting 50, such as

Gebiet ein eigenleitendes Gebiet besitzen. Da es in der Praxis schwierig ist, einen ideal eigenleitenden Halbleiter zu realisieren, wird das eigenleitende Gebiet in der Regel einen schwachen Dotierungsüberschuß eines se aus »Halbleitermeßtechnik« von R. Anders, Akademie-Verlag Berlin 1969, S. 63 bis 74, bekannt geworden ist Der Aufwand für eine derartige Messung ist aber erheblich, weil die entstehende Kreuzmodula-Area own an intrinsic area. Since it is difficult in practice to find an ideal intrinsic semiconductor To realize, the intrinsic region will usually have a weak doping excess of a se from "semiconductor measurement technology" by R. Anders, Akademie-Verlag Berlin 1969, pp. 63 to 74, known The effort for such a measurement is considerable, because the resulting cross-module

Leistungstyps besitzen, d. h, das zwischen dem p-leiten- 55 tion insbesondere stark vom Arbeitspunkt der DiodeOwn service type, d. h, the one between the p-conducting 55 tion particularly strongly from the operating point of the diode

den und η-leitenden Gebieten liegende Gebiet wird in der Praxis entweder schwach η-leitend oder schwach p-leitend sein. Im deutschen Sprachgebrauch hat es sich eingebürgert, dieses schwach leitende Gebiet mit dem Buchstaben Szu bezeichnen.The area lying between and η-conductive areas will in practice be either weakly η-conductive or weakly p-conductive. In German usage it has become common practice to designate this weakly conductive area with the letter S.

Derartige PIN- bzw. PSN-Dioden eignen sich besonders für eine Verwendung in variablen Dämpfungsgliedern, wobei der sich etwa linear ändernde Durchlaßstrom der Diode gesteuert wird. Weiterhin abhängt Es muß daher für jede Diode der kritischste Punkt gesucht werden.Such PIN or PSN diodes are particularly suitable for use in variable attenuators, wherein the approximately linearly changing forward current of the diode is controlled. Farther The most critical point must therefore be sought for each diode.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Prüfung der Kreuzmodulationsfestigkeit von PIN- bzw. PSN-Dioden anzugeben.The present invention is based on the object of providing a simplified method for testing the Specify the cross-modulation resistance of PIN or PSN diodes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Diode eine Wechselspannung mit einer Frequenz angelegt wird, bei der die Laufzeit derThis object is achieved in that an alternating voltage with a Frequency is applied at which the running time of the

können derartige Dioden auch zur Verbesserung der 65 Ladungsträger in der J- bzw. S-Zone zu vernachlässigenSuch diodes can also be neglected to improve the charge carriers in the J or S zone

Großsignaleigenschaften von Rundfunk- oder Fernsehempfängern an Stelle von Regeltransistoren verwendet werden.Large signal properties of radio or television receivers used instead of control transistors will.

ist, der bei dieser Frequenz über die Diode fließende Gleichstrom gemessen und anschließend die Frequenz soweit erhöht wird, bis die Amplitude des Gleichstromsis the measured direct current flowing through the diode at this frequency and then the frequency is increased until the amplitude of the direct current

auf einen festgelegten Prozentsatz abgefallen ist.has dropped to a specified percentage.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß «lie Frequenz, bei der ein vorgegebener Gleichstrom Über die Diode fließt, näherungsweise umgekehrt proportional _zur Kreuzmodulationsfestigkeit ist Daher S kann zur Ausselektierung von PIN- bzw. PSN-Dioden hinsichtlich Kreuzmodulationsfestigkeit ein Stromwert vorgegeben werden, wobei die Dioden so ausselektiert werden, daß die Kreuzmodulationseigenschaften bei Strömen über diesen vorgegebenen Wert unzureichend sind.The invention is based on the knowledge that the frequency at which a given direct current flows through the diode is approximately inversely proportional _{to the} cross-modulation resistance. the diodes being selected so that the cross-modulation properties are inadequate for currents above this predetermined value.

Daß die Messung im vorstehend definierten Sinne zu einer Aussage über die Kreuzmodulationsfestigkeit führt, kann folgendermaßen erklärt werden:That the measurement in the sense defined above leads to a statement about the cross-modulation resistance can be explained as follows:

Nimmt man für das Ersatzbild einer PIN- bzw. '5 PSN-Diode eine ideale Diode an, welche lediglich Richtleitereigenschaften besitzt, so muß in das Ersatzbild zunächst eine durch die Sperrschicht der Diode gegebene, parallel zur Diode liegende Kapazität aufgenommen werden. Weiterhin sind für die Bahngebiete außerhalb der Raumladungszone Parallel-ÄC-Clieder charakteristisch, welche zu einem Gesamt-Parallel-KC-Glied zusammengefaßt werden können. Dieses Parallel-ÄC-Glied liegt in Reihe zur vorgenannten Parallelschaltung aus idealer Diode und Sperrschichtkapazität. If one assumes an ideal diode for the substitute image of a PIN or '5 PSN diode, which is only Has directional properties, then in the substitute image must first a through the barrier layer of the diode given capacitance lying parallel to the diode. Furthermore are for the railway areas outside of the space charge zone parallel-ÄC-Clieder characteristic, which result in an overall parallel KC element can be summarized. This parallel AC element is in series with the aforementioned Parallel connection of ideal diode and junction capacitance.

Nimmt die Frequenz eines an der Diode stehenden Signals zu, so nimmt der kapazitive Widerstand der kapazitiven Komponente des Ersatzschaltbildes laufend ab, so daß die im Ersatzbild als ideale Diode angenommene Komponente von einer gewissen Grenzfrequenz an praktisch kurzgeschlossen ist, d. h., an dieser Diode fällt dann praktisch keine Spannung mehr ab.If the frequency of a signal at the diode increases, the capacitive resistance of the increases capacitive component of the equivalent circuit diagram, so that the in the equivalent diagram as an ideal diode assumed component is practically short-circuited from a certain cut-off frequency, d. h., on this one The diode then practically no longer drops any voltage.

Damit kann die Diode nicht mehr in ihren nichtlinearen Bereich ausgesteuert werden, auch wenn die Spannung der Signale eines starken Senders gemäß den eingangs genannten Verhältnissen groß, beispielsweise etwa gleich 1 Volt ist Es kann also dann bei Frequenzen von Nutzsignalen, für welche die Diode des Ersatzschaltbildes praktisch kurzgeschlossen ist, keine Kreuzmodulation mehr auftreten, da solche Signale die Diode nicht mehr in ihren nichtlinearen Bereich steuern können.This means that the diode can no longer be controlled in its non-linear range, even if the voltage of the signals of a strong transmitter according to the conditions mentioned above is large, for example is approximately equal to 1 volt. It can then be used at frequencies of useful signals for which the diode of the Equivalent circuit is practically short-circuited, cross modulation no longer occurs, since such signals are the Diode can no longer steer in its non-linear range.

Bestimmt man also die Frequenz, bei der ein an der Diode stehendes Wechselsignal nur noch einen Strom bewirkt, dessen Amplitude im Vergleich zu Signalen mit tieferen Frequenzen auf einen bestimmten Prozentsatz abgefallen ist, so ist damit ein direktes Maß für die Kreuzmodulationsfestigkeit gegeben.So you determine the frequency at which an alternating signal at the diode only carries a current causes its amplitude in comparison to signals with lower frequencies to a certain percentage has fallen, a direct measure of the cross-modulation resistance is thus given.

Die Meßfrequenz kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung unter Ausnutzung folgender Eigenschaften von PIN- bzw. PSN-Dioden gewählt werden. Mißt man den durch eine derartige Diode fließenden Strom bei konstanter Amplitude der anliegenden Spannung über der Frequenz, so zeigt sich, daß der Strom mit zunehmender Frequenz abnimmt. Daher wird die Frequenz der hochfrequenten Spannung so gewählt, daß der Wert des über die Diode fließenden Stromes kleiner als ein vorgegebener Prozentsatz, vorzugsweise 10%, des Stromes ist, der bei gleicher Amplitude der anliegenden Spannung Hießt, wenn die Frequenz gegen Null steht.In a special embodiment of the invention, the measuring frequency can be made using the following properties can be selected by PIN or PSN diodes. One measures the current flowing through such a diode with a constant amplitude of the applied voltage over the frequency, it can be seen that the current with increasing frequency decreases. Therefore, the frequency of the high-frequency voltage is chosen so that the value of the current flowing through the diode is less than a predetermined percentage, preferably 10%, of the current that is called at the same amplitude of the applied voltage, if the frequency is opposite Is zero.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren. Es zeigt 6jFurther features and details of the invention emerge from the following description of FIG Embodiments on the basis of the figures. It shows 6j

Fig.l eine Ausführungsform einer Meßschaltung zur Bestimmung der Kreuzmodulationsfestigkeit,Fig.l an embodiment of a measuring circuit to determine the cross-modulation resistance,

Fig.2 eine weitere Ausführungen! einer Schaltung zur Bestimmung der Kreuzmodulationsfestigkeit.Fig. 2 another version! a circuit to determine the cross-modulation resistance.

Gemäß Fig. I liefert ein Hochfrequenzgenerator 1 eine hochfrequente Spannung an eine PIN- bzw. PSN-Diode 2. Dabei kann es sich beispielsweise um eine unmodulierte sinusförmige Spannung mit einem Wert von 2 Ve« bei einer Frequenz von 7 Mhz handeln. In Reihe zur Diode 2 liegt ein Meßwiderstand 4 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 1 kß, welcher hochfrequenzmäßig durch eini Kapazität 5 mit einem Kapazitätswert von beispielsweise 0,1 μ¥ überbrückt ist. Bei Dioden mit guten Kreuzmodulationseigenschaften liegt der fließende Gleichstrom unter 10 μ,Α. Steigt der Wert des Stromes über 30 μΑ, so sind auch die Kreuzmodulationseigenschaften bei Signalfrequenzen in der Größenordnung von 50 MHz schlecht. Derartige Dioden werden ausgeschieden. Die Messung des über die Diode 2 fließenden Stroms erfolgt über die Messung der am Meßwiderstand 4 abfallenden Spannung. Diese Messung erfolgt durch ein Meßgerät 3.According to FIG. 1, a high-frequency generator 1 supplies a high-frequency voltage to a PIN or PSN diode 2. This can be, for example, an unmodulated sinusoidal voltage with a value of 2 Ve «at a frequency of 7 MHz. In series with the diode 2 there is a measuring resistor 4 with a resistance value of, for example, 1 kΩ, which is bridged in terms of high frequency by a capacitance 5 with a capacitance value of, for example, 0.1 μ ¥ . In diodes with good cross-modulation properties, the flowing direct current is less than 10 μ, Α. If the value of the current rises above 30 μΑ, the cross-modulation properties are also poor at signal frequencies in the order of 50 MHz. Such diodes are eliminated. The current flowing through the diode 2 is measured by measuring the voltage drop across the measuring resistor 4. This measurement is carried out by a measuring device 3.

Eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zur Messung der Kreuzmodulationsfestigkeit von PtN- bzw. PSN-Dioden ist in Fig.2 dargestellt, in der den Elementen nach Fig.l entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Schaltung wird das Signal des Hochfrequenzgenerators 1 über eine Koppelkapazität 6 auf die Diode 2 gegeben. Der Gleichstrom fließt in dieser Schaltung über einen Widerstand 7 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 10 kß in ein Strommeßgerät 8.Another embodiment of a circuit for measuring the cross-modulation resistance of PtN or PSN diodes is shown in Fig.2, in which the elements according to Fig.l with corresponding elements the same reference numerals are provided. In this circuit, the signal from the high frequency generator 1 given to diode 2 via a coupling capacitance 6. In this circuit, the direct current flows through a Resistor 7 with a resistance value of, for example, 10 kΩ in an ammeter 8.

Manche PIN-Diodentypen zeigen ein bistabiles Verhalten. Wird nämlich die Hochfrequenzspannung beginnend von kleinen Amplituden erhöht, so fließt zunächst praktisch überhaupt kein Gleichstrom, bis der Strom beim Überschreiten eines Schwellwertes plötzlich auf einen Wert springt, der für die Kreuzmodulationsfestigkeit kennzeichnend ist. Wird die Amplitude der Spannung wieder verkleinert, so existiert ein zweiter Schwellwert, bei dem der Strom wieder zu Null wird. Dieser zweite Schwellwert ist wesentlich kleiner als der erste SchwellwertSome PIN diode types show a bistable behavior. Namely, becomes the high frequency voltage starting from small amplitudes increases, then practically no direct current flows at first until the When a threshold value is exceeded, the current suddenly jumps to a value that is necessary for cross-modulation resistance is characteristic. If the amplitude of the voltage is reduced again, then there is a second threshold value at which the current returns to zero. This second threshold is much smaller than the first threshold

Um bei derartigen Dioden dennoch eine eindeutige Messung durchführen zu können, wird die Spannung in Weiterbildung der Erfindung kurz vor Beginn der Auswertung der Messung weit über ihren normalen Wert erhöht — z. B. von 2 auf 5 V —,um die Zündung der Diode zu gewährleisten.In order to be able to carry out a clear measurement with such diodes, the voltage in Further development of the invention shortly before the start of the evaluation of the measurement well above its normal Value increased - e.g. B. from 2 to 5 V - to the ignition of the diode.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung können zu diesem Zweck die hochfrequente Spannung während der Meßzeit auch kurzzeitig Gleichspannungsimpulse oder hochfrequente Impulse auf die Diode gegeben werden. Die Einspeisung dieser Impulse kann periodisch oder nichtperiodisch erfolgen Insbesondere kann die Hochfrequenzspannung auch während der Meßzeit periodisch erhöht werden, wobei die Zeit, in der diese Erhöhung erfolgt, klein gegen die Meßzeit (z. B. kleiner alM%)ist.According to further features of the invention, the high-frequency voltage during Short-term DC voltage pulses or high-frequency pulses are also applied to the diode during the measurement period will. These pulses can be fed in periodically or non-periodically High frequency voltage can also be increased periodically during the measurement time, the time in which this Increase takes place, is small compared to the measuring time (e.g. less than aM%).

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Signal des Hochfrequenzsenders 1 auch moduliert werden. In den Schaltungen nach den Fig.l und 2 fließt über die Meßinstrumente 3 und 8 dann ein modulationsfrequenter Wechselstrom, der in einem Wechselspannungsverstärker verstärkt und anschließend hinsichtlich seiner Amplitude ausgewertet wird.According to a further feature of the invention, the signal from the high-frequency transmitter 1 can also be modulated will. In the circuits according to FIGS then flows through the measuring instruments 3 and 8, a modulation-frequency alternating current, which in one AC voltage amplifier is amplified and then evaluated with regard to its amplitude.

Es sei bemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Verwendung von sinusförmigen hochfrequenten Spannungen beschränkt ist. Vielmehr können auch nichtsinusförmige hochfrequente Signale für die Messung verwendet werden.It should be noted that the inventive method does not rely on the use of sinusoidal high frequency Stress is limited. Rather, non-sinusoidal high-frequency signals can also be used for the Measurement can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch deshalb vorteilhaft, da nicht nur diskrete Einzelbauelemente, sondern auch entsprechend Elemente in integrierte Schaltungen auf diese Weise hinsichtlich ihrer Kreuzmodulationsfestigkeit untersucht werden können.The method according to the invention is particularly advantageous because it is not only discrete Individual components, but also corresponding elements in integrated circuits in this way can be examined with regard to their cross-modulation resistance.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

• 1. Procedure for testing the cross-modulation resistance of PIN or PSN diodes, thereby characterized in that an alternating voltage (1) with a frequency is applied to the diode (2) fvird, in which the transit time of the charge carriers in the I- |) betw. S-Zone is negligible in this case If radio and television receivers are operated in the vicinity of powerful transmitters, input voltages in the order of magnitude of 5 volts can occur. At such high voltages, even PJN or PSN diodes no longer work completely free of distortion. It therefore, cross modulation and modulation distortion occur.

For this reason it is important to have the cross-modulation resistance to measure such diodes. This

Frequency floating current flowing across the diode io cross modulation is a particularly critical variable because

For example, in television receivers, a cross modulation of less than 1% can be disruptive Image defects leads The visibility of these defects is particularly great because of the deflection frequencies of the jammer and the useful transmitter do not match exactly. Hence, the jammer's image runs against the image of the useful sender on the recipient's screen. On the other hand, there are modulation distortions much less annoying because they are only

measured and then the frequency is increased until the amplitude of the direct current has dropped a specified percentage

2. The method according to claim 1, characterized in that that the applied alternating voltage is sinusoidal

3. The method according to claim 1, characterized in that that the applied AC voltage is modulated