ADI推出从0 Hz（DC）到14 GHz的射频性能的MEMS RF开关
2016-12-03 09:17:07   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，亚德诺半导体（ADI）新推出的两款微型MEMS开关组件，为其SP4T产品提供功能配套的低电压开关驱动器，便于安装和应用。

长期以来，机电开关和继电器一直是射频/微波电路和系统设计的组成部分。尽管“身材”娇小，却可以处理与之相当的输入功率，但通常比固态开关速度慢、体积大。

ADI公司用于射频/微波信号转换的MEMS开关系列产品速度上可以比拟固态开关，一小部分产品甚至具有更快的开关速度和更好的可靠性。首款MEMS双开关单刀多掷SP4T——ADGM1304和ADGM1004，提供从DC（0 Hz）到14 GHz的射频性能，后者还具有防静电（ESD）功能。

图1：ADGM1304 SP4T MEMS开关的剖视图显示驱动电路和开关电路并排封装在LFCP，尺寸为5 x 4 x 0.95毫米

ADI在MEMS设计和制造领域可不是“新手”，早在1999年就为汽车安全气囊提供MEMS加速度计。这两款射频/微波开关，由ADI自有MEMS代工厂制造，采用硅盖帽封装技术以保证良好的密封性（如图1）。每个开关包括一个静电激活MEMS开关芯片、低电流低电压驱动IC（如图2），该集成驱动IC采用TTL/CMOS兼容的并行接口。在相同的封装尺寸内集成驱动IC和MEMS芯片，简化了电路设计，节省了印刷电路板（PCB）的空间。

两款开关均符合美国军标MIL-STD-883要求。因此，非常适合于自动化测试设备（ATE）的应用。这是因为ATE具有高密度的电路和便携式电路，测试时电源功耗有一定的限制（如从充电电池获取电源）。

图2：每个封装好的MEMS开关还包含一个方便使用的低压TTL/CMOS开关驱动器

这两款MEMS开关不是电容开关，而是直流耦合，适用的RF频率范围非常广。设计的标称电源电压为3.1 V至3.3 V直流电，该设备使用弹簧力驱动和释放驱动（图3），即使经过大量的开关周期，其接触处的磨损也可以忽略不计。事实上，这两个开关号称工作寿命可达数十亿计的开关周期，并得到ADI可靠性测试结果的证实。与机电继电器相比，这两款MEMS开关工作寿命提高了10倍。

MEMS开关的参数规格：

性能方面，ADGM1004 SP4T MEMS开关具有根据人体放电模式（HBM）设计的高达2.5千伏ESD保护功能，而ADGM1304不具有ESD保护功能。两款微型开关的电阻极低，为1.8Ω。提供从DC（0 Hz）到14 GHz的射频性能，在2.5 GHz插入损耗典型值为0.45分贝，6 GHz插入损耗典型值为0.63分贝；从DC（0 Hz）到6 GHz的回波损耗的最小值为14分贝，典型值为17分贝；从控制端到RF输出端的隔离，在2.5 GHz为24分贝，在6 GHz为19分贝；2.4GHz的串扰通常为30分贝。

图3：MEMS开关悬臂结构的弹簧力特写，说明了其与固态开关的差异

虽然都是机械器件，但开关速度令人惊叹，切换到开的典型值为30微秒，切换到关的典型值仅5微秒。开关信号的上升沿和下降沿的设置时间的典型值分别为40微秒和8微秒。两款开关提供出色的高线性度，输入第三阶截取点（IIP3）典型值为69 dBm。无ESD保护功能ADGM1304，尺寸紧凑（见图4），额定的最大输入功率为36dBm。整个频率范围内能保持较高的信号完整性，二次谐波典型值为-90 dBc，三次谐波典型值为-85 dBc。

ADGM1004和其ESD保护电路封装在24引脚架构芯片级封装（LFCP）模块中，尺寸为5 x 4 x 1.45毫米，由TTL/CMOS驱动。ADGM1304尺寸为5 x 4 x 0.95毫米。两者的功耗设计都很低，睡眠模式下的电流仅1微安。

图4：ADGM1304 SP4T MEMS开关（上）体积与传统的高频继电器（下）对比

这两款开关是首个投入商业化和工业化应用的微型高速MEMS开关，同样适用于环境恶劣的国防和航空航天应用。凭借其高性能和长工作寿命，足以替代传统继电器，并且，其无需更换的优势更适合服务于上述应用。