多顆二極管并聯(lián)或串聯(lián)時(shí)，電流/電壓均分是否均衡？

在高頻電路設(shè)計(jì)中，半導(dǎo)體器件的寄生參數(shù)往往比靜態(tài)指標(biāo)更為關(guān)鍵。高壓二極管或開關(guān)二極管在 datasheet 中，通常會標(biāo)注一個 結(jié)電容（Cj） 參數(shù)。很多客戶在初期選型時(shí)容易忽略它，只關(guān)注耐壓、正向電流和反向恢復(fù)時(shí)間。但在實(shí)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(dá)半導(dǎo)體 在本文將結(jié)合物理機(jī)理和應(yīng)用案例，從 FAE 角度進(jìn)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(dāng)二極管處于反向偏置時(shí)，PN 結(jié)相當(dāng)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(shí)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(shí)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(dāng)頻率和電壓都較高時(shí)，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(yán)重時(shí)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(dāng)于一個額外負(fù)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?dāng)_與耦合

當(dāng)多個高速信號通道并排布線時(shí)，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?dāng)_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(hù)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(bǔ)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(qiáng)耦合。

保護(hù)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(shí)際設(shè)計(jì)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(jìn)行綜合判斷。

五、FAE 視角下的總結(jié)

從 FAE 的經(jīng)驗(yàn)來看，很多客戶遇到“高頻不穩(wěn)定、波形失真或 EMI 超標(biāo)”時(shí)，往往第一時(shí)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(shí)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。

因此，在高頻設(shè)計(jì)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(biāo)進(jìn)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(bǔ)償設(shè)計(jì)。唯有同時(shí)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。