Weltweit erster erfolgreicher Einsatz eines Stromkreises zur Kompensation von Verzerrungen elektrischer Signale aufgrund von Wärme

Da Schaltkreise kleiner und dichter mit Schaltkreiselementen bestückt werden, werden die elektrischen Eigenschaften der Komponenten anfälliger für den Einfluss der erzeugten Wärme. „Die Wechselwirkung zwischen thermischen und elektrischen Phänomenen ist eines der problematischsten Probleme in analogen und digitalen integrierten Schaltkreisen“, erklären Ryo Ishikawa, Junichi Kimura und Kazuhiko Honjo von der Universität für Elektrokommunikation in Chofu-shi, Japan.

In diesem Artikel berichten die Forscher über die weltweit erste Methode zur Kompensation der Gestörten Elektrische Eigenschaften durch die Verwendung einer elektrischen Schaltung, die Signalverzerrungen aufhebt, die durch das thermische Verhalten eines Bipolartransistors mit Heteroübergang verursacht werden. Diese Forschung soll dazu beitragen, Geräte zu entwickeln, die besser für den Umgang mit Hitzeeffekten geeignet sind.

Ein moduliertes Hochfrequenzsignal wird durch das thermische Verhalten durch komplexe Intermodulationsphänomene verzerrt, obwohl die Temperaturreaktion der Schaltung langsam ist. Die Forscher modellierten die thermischen Auswirkungen eines Bipolartransistors mit Heteroübergang in einem integrierten Schaltkreis mithilfe von Thermowiderständen und Thermokondensatoren. Der Schaltungselemente wurden in einem „Leiterkreis“ angeordnet, der sich wiederholende Einheiten aus Thermowiderständen und Thermokondensatoren umfasste. Um die Signalverzerrung auf dem integrierten Schaltkreis zu kompensieren, wurde eine elektrische „Leiterschaltung“ angeschlossen.

Obwohl die Gültigkeit der elektrischen Leiterschaltung zur Kompensation der Signalverzerrung bereits durch Experimente und Simulationen bestätigt wurde, fehlte bisher eine theoretische Ableitung für das Verhalten. Honjo und sein Team leiteten nichtlineare Ausdrücke ab, die die Schaltkreisparameter beschreiben, und lösten die Ausdrücke mithilfe von Reihenentwicklungen. Das Modell ließ sich gut mit Experimenten und Simulationen vergleichen.

Experimente für einen InGaP/GaAs-Heteroübergang-Bipolartransistor-Leistungsverstärker, der bei 1,95 GHz arbeitet, liefern eine überzeugende Validierung für ihren analytischen Entwurf und unterstreichen dessen Potenzial für den Entwurf Schaltkreise die besser mit Hitzeeinwirkung zurechtkommen.