GaN

半導体デバイス測定に関する翻訳で、GaNという言葉が出てくる(例えば、B1505A パワーデバイス・アナライザ/カーブトレーサのp2)。

半導体には、Si(シリコン)などのように1種類の元素を材料にしているものと、GaAs(ガリウムヒ素)などのように2種類以上の元素を材料にした化合物半導体がある。GaNは、化合物半導体の1つで、ガリウムナイトライド(Gallium Nitride)または窒化ガリウムと呼ばれる。

近年、二酸化炭素の排出削減による地球温暖化の緩和や原子力発電所停止に伴う電力不足の解消のために、電車、電気自動車、太陽光発電などの大電力の制御に使用されている電力変換器(インバータ)の高効率化(低損失化)の要求が高まっている。このような電力変換器に使用されているパワー半導体としては、Si(シリコン)を材料にしたIGBTがある。さらなる、高出力、高効率、高耐圧動作が可能な半導体デバイスとして、GaN(窒化ガリウム)が注目されている。

GaNパワー半導体は、ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれ、Si半導体に比べてバンドギャップ幅が約3倍広いので(価電子帯から伝導帯への熱励起が生じ難いので)、高温でもデバイス性能が劣化せず、冷却装置が不要/簡素化できる可能性がある。また、絶縁破壊が生じる電圧(絶縁破壊電界)もSi半導体に比べて約10倍大きいので、薄くて小型のデバイスを作成して寄生容量を低減でき、高速スイッチングが可能なパワー半導体を実現できる。さらに、半導体のオン抵抗は、絶縁破壊電界の3乗に反比例するので、Si半導体に比べて約1/1000のオン抵抗を実現して極めて効率の高い動作が可能になる。

GaNについては、以下を参照。

Panasonicのホームページ > 法人向け商品 > 電子部品、半導体、モータ、記憶デバイス、FA機器、デバイス商品情報と各種ソリューション > 半導体 > パワーデバイス > GaNパワーデバイス

半導体のオン抵抗と絶縁破壊電界の関係については、以下を参照。

オン抵抗と耐圧

SAS(Serial Attached SCSI)

高速広帯域オシロスコープ測定の翻訳で、SAS(Serial Attached SCSI)という言葉がよく出てくる(例えば、Infiniium 90000 Xシリーズ オシロスコープのp2)。

SAS(Serial Attached SCSI)は、ストレージインタフェースの規格である。PCでお馴染みのシリアルATA(Serial Advanced Technology Attachment)規格が、パラレル信号線間の信号遅延や干渉の問題により高速化の限界が見え始めたパラレル伝送方式のUltra ATA(AT Attachment interface)規格をシリアル伝送方式にしたものであるのと同様に、パラレル伝送方式のSCSI(Small Computer System Interface)の後継として、シリアル伝送方式にしたものがSAS(Serial Attached SCSI)である。

シリアルATAが主にPCなどの民生用機器に用いられるのに対して、SASは高速、高信頼性が要求されるサーバに用いられている。SASの転送速度は、2003年に規格化されたSAS 1.0の3.0 Gbpsから最新のSAS 3.0では12 Gbpsに高速化され、現在24 GbpsのSAS 4.0規格が策定中である。

ストレージインタフェースについては、以下を参照。

富士通のホームページ > 法人のお客様のコンピュータプラットホーム > ストレージ >
ストレージシステム > 特集&コラムの書庫探 > ストレージ技術用語解説 > 一般用語 インターフェース関連のインターフェースとは

cold-source method(コールドソース法)

雑音指数測定に関する翻訳で、コールドソース法という言葉が出てくる(例えば、雑音指数セレクション・ガイドのp3)。

雑音指数の測定法の1つとして、コールドソース法がある。雑音指数とは、信号がデバイスを通過する際の、デバイスの入力端でのS/N比と出力端でのS/N比との比であり、「デバイスを通過することによって生じるS/N比の減少度あるいは劣化度」を意味する。デバイスの入力端での雑音パワーをNin、デバイスの利得をG、デバイスで付加される雑音パワーをNとすると、雑音指数(F)は、

F=(N+G*Nin)/(G*Nin)

となる(雑音指数を参照)。入力端での雑音パワー(Nin)は、kTB(kはボルツマン定数(1.38×10^-23 J/K)、Tは入力雑音源の温度(K)、Bはシステムの雑音帯域幅(Hz))なので、

F=(N+GkTB)/(GkTB) (1)

となる。この式の分子(N+GkTB)はデバイスの出力端での雑音パワー(Nout)であり、

Nout=N+GkTB (2)

と書け、Noutは入力雑音源の温度Tに比例する直線で表される。Yファクタ法では、ノイズ・ソースを用いて入力雑音源の2つの温度(T_coldとT_hot)に対するデバイスの出力端での雑音パワー(Nout_coldとNout_hot)を測定することにより、N(とkBG)を求めた。

コールドソース法では、G(すなわち、(2)式の直線の傾き(kBG))と室温(T_cold)でのデバイスの出力端での雑音パワー(Nout_cold)を測定することにより、Nを求めて、(1)式から雑音指数を計算する。

コールドソース法では、ノイズ・ソースを用いなくても雑音指数が求められ、デバイスの利得Gをベクトル誤差補正機能を搭載したベクトル・ネットワーク・アナライザを用いて正確に測定することにより、高確度の雑音指数が得られる。

コールドソース法については、以下を参照。

High-Accuracy Noise Figure Measurements Using the PNA-X Series Network Analyzer(英語pdf)

Power-Added Efficiency(電力付加効率)

パワーアンプ測定に関する翻訳で、Power-Added Efficiency(電力付加効率)という言葉がよく出てくる(例えば、Keysight 8990Bピーク・パワー・アナライザおよびN1923A/N1924A広帯域パワーセンサのp7)。Power-Added Efficiencyは、PAEと略されることが多い。

携帯電話やスマートフォンなどのモバイル無線機器やその基地局には、電波を遠くに送信するためにパワーアンプが内蔵され、電力消費の大きな部分を占めている。モバイル無線機器のバッテリー駆動時間の増加やその基地局の電力消費の削減のために、パワーアンプの高効率化(省電力化)は常に大きな課題であり続けている。

パワーアンプの効率を表わす指標として、以下で定義される電力付加効率(PAE)が用いられている。

PAE=(Pout-Pin)/Pdc

(Pout:パワーアンプから出力される信号電力、Pin:パワーアンプへ入力される信号電力、Pdc:電源からパワーアンプに供給されるDC電力)

パワーアンプへの入力信号の電力(Pin)が大きくなると増幅によりそれ以上に出力信号の電力(Pout)が大きくなり、パワーアンプを動作状態にするために必要なバイアス電流による電力増幅に寄与しない無効なDC電力消費(Pdc-(Pout-Pin))の割合が相対的に小さくなるので、電力付加効率は増加する。したがって、パワーアンプを高効率で動作させるためには、圧縮領域(飽和領域)に近い動作点(出力信号の電力が最大に近くなる動作点)で使用する必要がある。

しかし、圧縮領域ではパワーアンプの動作が非線形になり(出力が入力に比例しなくなり)相互変調歪みが大きくなって、隣接チャネルに不要な歪み成分が漏洩して混信したり、近年のモバイル無線機器でよく使用されているOFDMなどの複雑な変調信号を復調する際に大きなエラーレートが生じる原因となる。このような問題を解決するために、デジタル・プリディストーションエンベロープ・トラッキングなどの手法が用いられている。

電力付加効率(PAE)については、以下を参照

SHARPのホームページ > 会社情報 > 技術情報 > TECHNICAL JOURNALのバックナンバー > No. 19 特集:ユビキタス・ネットワークを支える技術 > ワイヤレスLAN用パワーアンプ > pdf