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多顆二極管并聯(lián)或串聯(lián)時,電流/電壓均分是否均衡?

MDD辰達半導(dǎo)體 ? 2025-09-18 09:44 ? 次閱讀
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在高頻電路設(shè)計中,半導(dǎo)體器件的寄生參數(shù)往往比靜態(tài)指標更為關(guān)鍵。高壓二極管開關(guān)二極管在 datasheet 中,通常會標注一個 結(jié)電容(Cj) 參數(shù)。很多客戶在初期選型時容易忽略它,只關(guān)注耐壓、正向電流和反向恢復(fù)時間。但在實際的高頻應(yīng)用中,結(jié)電容卻可能直接決定電路的速度和信號完整性。MDD辰達半導(dǎo)體 在本文將結(jié)合物理機理和應(yīng)用案例,從 FAE 角度進行分析。

一、結(jié)電容的本質(zhì)
結(jié)電容來源于二極管 PN 結(jié)的耗盡層。當二極管處于反向偏置時,PN 結(jié)相當于一個電容器,其電容值與偏置電壓、摻雜濃度和結(jié)面積相關(guān)。公式大致為:
Cj ≈ ε × A / W
其中,A 為結(jié)面積,W 為耗盡層寬度。電壓越高,耗盡層越寬,電容越小。因此,結(jié)電容通常是一個與電壓相關(guān)的非線性參數(shù)。

二、結(jié)電容對高頻電路速度的影響
限制開關(guān)速度
在高頻電源或脈沖電路中,器件需要快速從導(dǎo)通切換到截止。此時結(jié)電容必須充放電,每一次切換都會消耗額外能量,并延緩電壓上升/下降時間。結(jié)電容越大,電路速度越慢。
增加開關(guān)損耗
高頻應(yīng)用(如數(shù)百 kHz ~ MHz 的開關(guān)電源)中,結(jié)電容充放電損耗不可忽略。功耗大致與 Cj × V2 × f 成正比。當頻率和電壓都較高時,這部分損耗可能接近導(dǎo)通損耗。
引入過沖與振蕩
在高速電路中,結(jié)電容與 PCB 走線寄生電感共同形成 LC 諧振,可能導(dǎo)致過沖、振鈴,甚至 EMI 問題,嚴重時會影響電路穩(wěn)定性。

三、結(jié)電容對信號完整性的影響
高頻信號失真
對于射頻RF)、高速數(shù)字接口等電路,信號上升沿往往在納秒級。如果二極管結(jié)電容過大,就會像一個低通濾波器,導(dǎo)致信號邊沿變緩、波形失真。
阻抗匹配破壞
在傳輸線上,結(jié)電容相當于一個額外負載,會改變局部阻抗。如果不做匹配處理,容易產(chǎn)生反射,影響信號完整性。
串擾與耦合
當多個高速信號通道并排布線時,結(jié)電容過大的器件會增加耦合效應(yīng),導(dǎo)致通道間的串擾問題。

四、如何降低結(jié)電容的不利影響?
選型優(yōu)化
高頻場景優(yōu)先選擇 低結(jié)電容二極管(如小信號開關(guān)二極管、肖特基二極管、專用 ESD 保護二極管)。
在高速信號鏈路中,應(yīng)盡量使用結(jié)電容 <1 pF 的器件。
電路補償
在某些場景中,可以通過串聯(lián)電阻或 RC 網(wǎng)絡(luò)來抑制結(jié)電容引起的振鈴。
對于信號完整性要求較高的線路,可采用匹配電阻。
PCB 布局優(yōu)化
縮短高頻走線,降低寄生電感,避免與結(jié)電容形成強耦合。
保護器件盡量靠近接口,減少走線長度引發(fā)的附加電容。
頻率與電壓權(quán)衡
在實際設(shè)計中,器件選型往往需要在耐壓與結(jié)電容之間平衡。通常,耐壓越高,結(jié)電容也越大,這需要根據(jù)電路的電壓等級和頻率進行綜合判斷。

五、FAE 視角下的總結(jié)
從 FAE 的經(jīng)驗來看,很多客戶遇到“高頻不穩(wěn)定、波形失真或 EMI 超標”時,往往第一時間懷疑控制芯片或布局問題,而忽略了二極管本身的結(jié)電容效應(yīng)。事實上,結(jié)電容過大不僅限制電路速度,還可能破壞信號完整性。

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因此,在高頻設(shè)計中,不能只看二極管的耐壓和電流參數(shù),還必須結(jié)合結(jié)電容指標進行綜合評估。如果器件的結(jié)電容已經(jīng)成為瓶頸,F(xiàn)AE 的建議通常是:換用低結(jié)電容型號,優(yōu)化布局,或在系統(tǒng)級增加補償設(shè)計。唯有同時兼顧電氣與熱、信號完整性,才能確保高頻應(yīng)用下的電路可靠穩(wěn)定。

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