LDMOS与双极型器件的比较.doc

LDMOS与双极型器件的比较 LDMOS在以下方面具有出众的性能： 1.热稳定性；2.频率稳定性；3.更高的增益；4.提高的耐久性；5.更低的噪音；6.更低的反馈电容；7.更简单的偏流电路；8.恒定的输入阻抗；9.更好的IMD性能；10.更低的热阻；11.更佳的AGC能力 热稳定性LDMOS与双极型不同，温度系数是负数，因此可以防止热耗散的影响。这种情况可以给出如下解释：当器件通过更多的电流时，温度就会升高。温升引起了栅门限电压的增加，栅门限电压关闭器件导致电流下降。另一方面，双极型的温度系数为正，就易于出现热耗散。易于出现热耗散的主要原因是h FE随着温度的升高而增加。器件通过的电流越多，它的温度升高，因此h FE继续增加，流过的电流更多，从而导致温度的急剧升高。这种情况会一直持续到器件损坏。因此双极型需要精确的温度补偿来防止这种情况的出现。而MOSFET可免受热耗散的影响，不需要温度补偿措施。频率稳定由于没有二极管结点，而且对应输入阻抗有更高的反馈电容率，LDMOS比双极型更为稳定。此外，因为在基极-射极PN结中的变容二级管效应和相对输入阻抗有更低的反馈电容率，双极型处于半f0不稳定模式。更高的增益有两个因素，使LDMOS与同等的双极型器件相比具备更出色的增益特性(见图1)。第一，不再需要超声波压焊，超声波压焊通常连接源极和外部回路(因为垂直双极结构-集电极在低部)。取消超声波压焊，可以大大减少由于导线的自身电容和自感引起的负反馈。这样在高频时就可以获得更高的增益。第二，在双极型器件中热稳定是以降低增益为代价获得的。为了减少双极型器件热耗散的可能性，在器件的射极中放置了限流电阻。这有助于防止电流的陡变。当晶体管裸片上众多射极中的一个射极比其他的射极通过了更多的电流时，就会发生电流陡变。一个射极通过了更多的电流，则温度会急剧上升，h FE也随之增加，最终导致热耗散。在器件的射极内放置电阻可以使射极平均分配电流，从而降低热耗散的可能性。然而，热稳定性的提高却是以增益为代价的。因为双极型器件的增益低于LDMOS的增益，获得相同的增益，LDMOS器件只需要更小的放大器级联，从而获得更高的可靠性和更低的成本。图1: LDMOS与同等的双极型器件的增益特性比较使用寿命提高在LDMOS中，源极和沟道是短接的，因此不存在击穿电压(BVCEO)。因此，器件使用寿命明显改善。MOSFET确实比双极型器件寿命更为持久。这对商业无线电产品特别适用，例如没有隔离装置保护的输出器件，会经常遇到大载荷失配。更低的噪声双极型器件中，发射极限流电阻的缺点之一是增加噪声，因为流经电阻的电流会产生噪声。但是MOSFET没有装配限流电阻，因而不会受到噪声的影响。虽然对于多数放大器而言，这并不重要，但是对一些特殊应用如收发器(它具备线性偏置的发射机和紧邻的接收机)，噪声特性是选择器件的一个关键的因素。低反馈电容许多宽带放大器通过负反馈来实现宽频范围内平坦的增益特性。这就要求在器件的输出引线和输入引线之间的反馈电容要低。MOSFET的反馈电容(LDMOS)通常只有可比的双极型器件反馈电容的五分之一。更简单的偏流电路MOSFET是电压控制器件，因此偏置电路中没有电流通过。而且，MOSFET的温度系数是负数，在偏置电路中不需要温度补偿元件。因此，偏置电路非常简单，可以采用普通的分压器。恒定的输入阻抗MOSFET输入阻抗随栅电压的波动而变化的幅度很小。为了防止寄生振幅调制，激励极需要恒定的负载，这就使MOSFET非常适于振幅调制应用。同样，MOSFET恒定栅阻抗容易构成理想的输入匹配网络，使之适用于任意类型的放大器(A，AB，B 或者C类)。IMD性能更佳如上所述，MOSFET恒定的输入阻抗是输入功率电平的函数，它能够实现低功率电平上更低的互调失真性能(IMD)，如图2所示。而双极型器件的输入阻抗随着输入功率电平而变化，因此当晶体管从匹配状态变成不匹配状态时，互调失真就更大。图2：对应输出功率的三阶互调失真更低的热阻LDMOS器件的功率密度较低(LDMOS的裸片尺寸比双极型大)，散热的面积更大。而且，LDMOS器件不需要电气隔离器，因而LDMOS器件的热阻和可比的双极型器件相比更低。AGC能力更强漏极电流(Id)和栅压(Vg)之间的关系使LDMOS(MOSFET)成为自动增益控制(AGC)的理想器件。Id-Vg特性从导通到饱和几乎都呈线性，这表明LDMOS器件的增益可以在较宽的功率电平范围内受到控制。通常LDMOS具有30db或30db 以上的AGC范围，而可比的双极型器件的AGC范围大约为15db。LDMOS主要的缺点1功率密度低；2容易受到静电的破坏。当输出功率相近时，LDMOS器件的面积比双极型的大。这样，单晶圆上裸片的数量更少，从而使MOSFET(LDMOS)器件的成本更高。面积较大也限制了给定封装的最大有效功率。而静