GaN到底有多快?
我最近设计了一个超高速，低阻抗脉冲发生器(图1)。我想用它来评估示波器探头性能[1]，[2]，并确定用于ASIC仿真的插座内负载的可行性。考虑到尺寸和期望的性能，最明显的选择是eGaN FET。我使用的器件之一是EPC2037, 0.9 mm器件。事实证明，最难的部分不是设计脉冲发生器，而是确定脉冲有多快，以及脉冲本身是否会产生振铃。如果我没有提到的话，eGaN设备也是一个倒装芯片，所以一旦安装，就无法访问设备的焊接凸起。
这个概念很简单:使用脉冲发生器来评估范围探头的带宽和振铃，然后测量脉冲的实际边缘速度和平坦度。在现实中，事实证明这要困难得多。
我的第一个尝试是使用“同类最佳”泰克P6150, 500Ω， 9 GHz无源探头。我不得不稍微修改脉冲发生器拉升电路来驱动低阻抗探头。由此得到的边缘速度，占8 GHz示波器(43ps上升/下降时间)和9 GHz探针速度(39ps上升/下降时间)，是169ps(图2)。这是一个很好的结果，但它是正确的，还是进一步受到探针尖端引线的限制?上拉式修改是否也会影响结果?
按照我自己的测量规则，使用相同的测量装置，在测量未知的东西之前，我测量了一个已知的信号。我测量了Picotest VRTS3演示板上一个时钟缓冲器的下降时间。
如图4所示，直接测量的下降时间为373ps，而使用积分数学函数测量的“空气探针”显示为411ps。这在10%以内，也是保守的。
继续进行我们想要的测量，探针直接放置在GaN场效应管的中心，从“空气探针”检测dV/dt。对dV/dt积分可以得到时域响应的图像。然后可以使用示波器内置的90%/10%下降时间测量功能显示示波器下降时间。响应显示了一个相对平稳的响应，138.9ps的下降时间(图5)。
由于我们测量的“已知”精度在10%以内，因此假设这个139ps的测量值是有效的可能是合理的。为了验证目的，我们请专门从事近场提取测量的Langer EMV公司使用他们自己的设备来验证我们的测量。
使用他们的MFA系列探头和偏置适配器，他们在6GHz Lecroy示波器上测量了电流下降时间。使用H场探头，在校正探头和范围带宽后，他们测量到电流下降时间为171ps。使用XF-E 10e场探头测量电压下降时间，Langer测量了136ps，这与我们的电压下降时间测量非常接近(图6)。
通过Langer EMV验证我们的探头测量结果，可以确信139ps的下降时间是正确的，这可能是有史以来最快的GaN功率场效应管。这也验证了我2015年的论文，即这可能是测量更快的GaN开关器件的最佳方法。
与我的“空气探头”相比，MFA探头是一个更精确的、经过幅度校准的探头，尽管两种探头的下降时间精度都在1.5%以内。
我要亲自感谢Susanne Kaule和Philipp g
引用:
- 测量示波器探头需要两个示波器通道和一个非常平坦的信号源。Steve Sandler, 2019年6月开云体育官网登录平台网址25日。//www.lambexpress.com/blogs/8-for-good-measure/post/1288-measuring-a-scope-probe-requires-two-oscilloscope-开云体育官网登录平台网址channels-and-a-very-flat-signal-source
- 测量示波器电压探头性能，DesignCon 2020。https://www.dropbox.com/s/8jcrcr5pntwhol5/Paper_Track12_MeasuringoscilloscopeVoltageProbePerformance_Sandler_R1。pdf? dl = 0
- 快速切换GaN:提出了许多有趣的测量挑战，Steve Sandler。《IEEE探索》，第2卷第2期，2015年6月。https://ieeexplore.ieee.org/document/7130770
