eng
Выпуск #6/2024
В. Кочемасов, Е. Торина, А. Сафин
МЭМС-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ВЧ / СВЧ-СИГНАЛОВ. ЧАСТЬ 3
МЭМС-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ВЧ / СВЧ-СИГНАЛОВ. ЧАСТЬ 3
Просмотры: 510
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.237.6.88.97
Рассмотрены МЭМС-переключатели ВЧ / СВЧ-сигналов. Приведена информация об особенностях и характеристиках МЭМС-переключателей компании Menlo Micro.
Рассмотрены МЭМС-переключатели ВЧ / СВЧ-сигналов. Приведена информация об особенностях и характеристиках МЭМС-переключателей компании Menlo Micro.
Теги: decoupling frequency range insertion loss mems switch вносимые потери диапазон частот мэмс переключатель развязка
МЭМС-переключатели ВЧ / СВЧ-сигналов. Часть 3
В. Кочемасов, к.т.н., Е. Торина, к.т.н., А. Сафин, д.ф.-м-н.
В первой и второй частях статьи, опубликованных в четвертом и пятом номерах журнала «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес» за 2024 год, было рассмотрено устройство МЭМС-переключателей ВЧ / СВЧ-сигналов и рассказано о различных типах таких устройств, выпускаемых рядом производителей. В данном номере приводится информация об особенностях и характеристиках МЭМС-переключателей компании Menlo Micro.
Menlo Micro. После многолетнего сотрудничества в области построения МЭМС-переключателей ряд компаний: General Electric, Ventures, Microsemi, Corning и Paladin Capital Group, обладающих технологиями производства интегральных схем и опытом производства сплавов с уникальными характеристиками, учредили в 2016 году компанию Menlo Micro, инвестировав в ее развитие 18,7 млн долл. Результатом этого сотрудничества стала новая технология создания мощных МЭМС-переключателей с исключительно низкими значениями сопротивлений включения Ron и вносимых потерь. Эта технология, базирующаяся на TGV (Through Glass Via) технологии корпусирования, позволила объединять множество микропереключателей. В результате компании удалось увеличить мощность и уменьшить размеры конечных изделий, а также сократить число используемых при производстве компонентов и, как следствие, снизить стоимость производства. Замена проволочных перемычек на металлизированные отверстия в стеклянной подложке более чем на 75% снизила паразитные эффекты, что расширило диапазон рабочих частот переключателей [23–25].
Технологии Menlo Micro близки к стандартным КМОП-технологиям, что позволяет использовать их при крупносерийном производстве. Кроме того, применяемый для контактов переключателя специальный сплав, разработанный компанией, позволяет улучшить долговечность МЭМС ПК типа «металл – металл». При использовании такого сплава величина зазора S между контактами при испытаниях, соответствующих условиям 20-летней работы устройства, остается постоянной, а при золотых контактах начинает деградировать уже через час после начала испытаний (рис. 29) и через время, соответствующее 20 годам работы, достигает 35% от ее начального значения. Разработчики назвали новый подход технологией «идеального» переключателя, на основе которого предложили широкую линейку изделий [25, 26].
Микросхема ММ7100 [27] является SPST MЭMC переключателем высоковольтных сигналов, выполненным по технологии DMS (Digital-Micro-Switch) компании Menlo Micro (табл. 7). Эти изделия способны переключать напряжения до 400 В и токи до 2 А и при этом предназначены для поверхностного монтажа и обладают исключительно малыми габаритами (0,35 x 0,35 x 0,07 мм).
Изделие ММ7100 обеспечивает очень низкое сопротивление Ron во включенном состоянии и высокую развязку в выключенном состоянии. Работая при температуре окружающей среды 85 °С, оно обеспечивает срок жизни, превосходящий 3 млрд циклов. Вследствие упомянутых характеристик эти МЭМС-переключатели являются идеальной заменой своих электромеханических аналогов, а также pin-диодных переключателей в тех случаях, когда размеры, вес, входная мощность и отвод тепла являются определяющими. Переключатель ММ7100 является неполяризованным реле, вследствие чего ток между входом и выходом (рис. 30а) может течь в обоих направлениях.
Рабочий диапазон переключателя составляет 0–750 МГц, а время переключения не превосходит 5 мкс. Электростатическое напряжение по всем портам не должно превышать 250 В (HBM). Номинальное высоковольтное управляющее напряжение равно 77,5 В. Максимальная входная мощность в каждом канале не превышает 100 Вт.
ММ1200 [28] – 6-канальный SPST МЭМС ПК, предназначенный для коммутации в сетях постоянного и переменного токов. Каждый канал обеспечивает низкое сопротивление контакта Ron и высокую развязку в выключенном состоянии. Число циклов переключения в этом изделии превышает 3 млрд. Все каналы переключателя управляются индивидуально по последовательно-параллельному интерфейсу, обеспечивая независимое управление затворами во всех шести каналах (рис. 30б).
Предельное канальное напряжение постоянного или переменного тока не превышает 150 В, а канальный ток 1 А. При этом общий ток во всех шести каналах не должен превосходить 3 А. Время переключения не превышает 10 мкс. Переключение осуществляется по SPI-интерфейсу. Расположен переключатель в BGA-корпусе с размерами 6,0 x 6,0 x 1,3 мм. Внешние напряжения +5 В и +75 В подаются на интегрированный в микросхему драйвер.
Переключатель ММ1200 хорошо подходит для замены электромеханических переключателей, используется в автоматических тестовых и измерительных комплексах,
а также служит основой для матричных переключателей. В качестве помощи инженерам компания разработала отладочную плату ММ1200-EVK (рис. 31а).
ММ3100 [29] – это мощный (до 25 Вт на частоте 300 МГц), нормально открытый, 6-канальный МЭМС SPSТ переключатель для ВЧ/СВЧ-применений. Он выполнен с использованием технологии «идеального» переключателя. Каждый канал обеспечивает вносимые потери 0,5 дБ на частоте 3 ГГц, высокую (18 дБ) развязку в диапазоне от 0 до 3 ГГц и срок жизни более 3 млрд циклов. Каждый канал управляется индивидуально (рис. 30б) по последовательно-параллельному интерфейсу, обеспечивая управление затворами переключателей. Помимо функции SPST-переключателя, ММ3100 может выполнять функции трех изделий: SP2T- и SP3T-переключателей, а также матричного переключателя 2P3T. Для управления работой этих переключателей требуются внешние логические цепи
и интегрируемый в схему высоковольтный драйвер. Максимальная мощность, подаваемая на вход переключателя, зависит от частоты (рис. 32).
Для удобства работы с микросхемой и проведения измерений ее характеристик была разработана отладочная плата ММ3100-EVK (рис. 31б).
Представляют также интерес зависимости сопротивления Ron от температуры окружающей среды (рис. 33). Стоит отметить и зависимости вероятности отказов от числа циклов переключения в горячем режиме при различных входных мощностях (рис. 34).
Избавиться от горячего режима переключения, а значит, существенно увеличить срок жизни переключателей можно обеспечив соответствующий режим изменения высоковольтного напряжения управления (рис. 35).
ММ5130 [30] – это высокомощный SP4T МЭМС переключатель компании Menlo Micro, который обеспечивает ультранизкие (0,4 дБ) вносимые потери и превосходную (IIP3 = 95 дБм) линейность в полосе частот 0–18 ГГц. Время жизни в этом переключателе превышает 3 млрд циклов. ММ5130 может также работать в специальном режиме, обеспечивая расширенный диапазон частот (0–26 ГГц). ММ5130 идеально заменяет ЭМПК и полупроводниковые ПК в тех применениях, где линейность и вносимое ослабление являются определяющими параметрами. Четыре канала переключателя индивидуально управляются по входам Vy1, Vy2, Vy3, Vy4, (рис. 36а). Отметим, что вносимые потери IL и развязки Iso мало зависят от номера подключенного канала (рис. 37а, б). Практически постоянным вносимое ослабление остается и по мере увеличения отработанных циклов переключения
(рис. 38). Низкими в этом переключателе остаются вторая (H2 ) и третья (H3 ) гармоники (рис. 39а, б).
Существенно в переключателе различаются времена включения Ton и выключения Toff (табл. 7). Для помощи разработчикам, осваивающим микросхему ММ5130, в компании Menlo Micro была разработана отладочная плата (рис. 31в).
ММ5120 [31] – это мощный (25 Вт) SP4T ПК, также выполненный по технологии «идеального» переключателя. ММ5120 обеспечивает исключительно низкие (0,4 дБ) вносимые потери и высокую (> 90 дБм) линейность во всем диапазоне рабочих частот. Срок жизни этого МЭМС ПК превышает 3 млрд циклов переключения, что в совокупности с увеличенным IIP3 и уменьшенным IL позволяет использовать его в качестве идеальной замены ЭМПК. Удобство управления микросхемой обеспечивается встроенными цепями управления, драйвером и схемой накачки заряда (charge pump), необходимой для управления затвором (рис. 36б). Основные параметры переключателя ММ5120 IL, Iso и RL мало зависят от номера подключенного канала и окружающей температуры (рис. 40а–в;
рис. 41а–в).
Интерес представляют и зависимости вероятности отказа Pо от времени (рис. 42а) и числа наработанных циклов (рис. 42б) при двух значениях температуры окружающей среды.
ММ5140 [32] – еще один мощный (25 Вт в непрерывном и 100 Вт в импульсном режимах) SP4T ПК. Он обеспечивает исключительно малое (0,4 дБ) вносимое ослабление
и исключительно высокую (IIP3>90 дБм) линейность в диапазоне частот 0–6,0 ГГц.
Предельное число циклов при этом превышает 3 млрд. ММ5140 также является идеальной заменой ЭМПК и твердотельных переключателей в тех применениях, где требуются высокая линейность и низкие вносимые потери. В состав микросхемы входит драйвер, управляемый по интерфейсам SPI и GPIO. В эту микросхему, кроме того, интегрирована схема накачки заряда для управления затвором (рис. 36б). Переключатель выполнен в LGA-корпусе с посадочными размерами 5,2 x 4,2 мм.
Микросхема может быть применена в переключаемых и перестраиваемых фильтрах, матричных переключателях с низкими вносимыми потерями, для замены электромеханических переключателей, для настройки антенн, в системах управления антенным лучом и цифровых аттенюаторах. По радиочастотным входам обеспечивается защита от электростатического напряжения 150 В (HBM). По всем другим входам защита обеспечивается на уровне 2000 В (HBM). Микросхема устойчива к ударам 500 g и вибрациям.
Уровни второй и третьей гармоник равны –125 дБн и –150 дБн соответственно. Время включения равно 12 мкс, время выключения – 5 мкс. При температуре 25 °С типовой срок жизни составляет 30 млрд переключений. С повышением температуры до 85 °С срок жизни сокращается до 100 млн переключений. Видеопросачивание в микросхеме равно 16 мВ.
Помимо SPST и SP4T МЭМС переключателей, компания Menlo Micro разработала DPDT-переключатель ММ5600 [33]. Этот «идеальный» переключатель (рис. 43) может работать в цифровых линиях связи со скоростью передачи информации 40 Гбит/с или в СВЧ-применениях до 20 ГГц. В переключателе обеспечиваются низкие вносимые потери (1,3 дБ), развязка (24 дБ), интермодуляционные продукты третьего порядка (IIP3 = 77 дБм) и негармонические составляющие H2 = –102 дБн, H3 = –101 дБн. Напряжение питания Vdd = +6 В, высоковольтное напряжение, подаваемое на затвор переключателя, равно 100 В. Времена включения/выключения равны 8,5 и 2,5 мкс соответственно. Типичный срок жизни переключателя составляет 30 млрд циклов. Сопротивление включения Ron = 1,2 Ом. Вносимые IL и возвратные RL потери, а также развязка Iso при температуре окружающей среды 25 °С в каналах переключателя меняются не очень сильно (рис. 44).
***
Рынок МЭМС-переключателей активно развивается последние десятилетия. Современные технологии уже позволили добиться впечатляющих характеристик МЭМС ПК с электростатическим приводом, серийно выпускаемых промышленностью. На кристаллах размером в несколько квадратных миллиметров были достигнуты рекордные мощности переключения, вносимые потери, линейность, частотный диапазон и надежность, вполне конкурентная со всеми существующими типами переключателей радиосигналов. Применение МЭМС ПК стало целесообразней, чем ЭМПК в большинстве приложений. В тех случаях, когда на переключение отводятся микросекунды и более МЭМС ПК оказываются предпочтительнее полупроводниковых переключателей. Дальнейшее развитие технологий МЭМС позволит улучшить параметры изделий, повысить их надежность и удешевить массовое производство.
Сейчас в литературе уже встречаются отчеты о лабораторных образцах с еще более совершенными параметрами. Так, учеными из Канады и Ирана представлен МЭМС-переключатель с термоэлектрическим приводом, показывающий рекордный уровень IIP3, равный 127 дБ, при FOM = 23 фс и требуемом питании всего 5 В [34]. Следует ожидать, что МЭМС ПК займут значительную долю рынка в ближайшие годы.
ЛИТЕРАТУРА
23. Happich J. MEMS power switches to shrink thanks to through glass via packaging. // https://www.eenewseurope.com/en/mems-power-switches-to-shrink-thanks-to-through-glass-via-packaging/ [Электронный ресурс. Дата обращения 21.03.2024]
24. Happich J. GE spins out MEMS startup: wants cheaper power switches // Electronic Engineering Times Europe. January 2017. PP. 12–13.
25. Micro-mechanical switches for both power and 5G applications. www.Mwee.com, www.menlomicro.com, www.corning.com.
26. Leitner J. RF MEMS Switch Performance in Extreme Environments. // Microwave Journal. 2021. No. 12. PP. 54–60.
27. Data sheet на переключатели MM7100 [https://menlomicro.com/images/general/MM7100_Datasheet.pdf].
28. Data sheet на переключатели MM1200 [https://menlomicro.com/images/general/MM1200_Datasheet.pdf].
29. Data sheet на переключатели MM1300 [https://menlomicro.com/images/general/MM1300_Datasheet.pdf].
30. Data sheet на переключатели MM5130 [https://menlomicro.com/images/general/MM5130_Datasheet.pdf].
31. Data sheet на переключатели MM5120 [https://menlomicro.com/images/general/MM5120_Datasheet.pdf].
32. Data sheet на переключатели MM5140 [https://menlomicro.com/images/general/MM5140_Datasheet.pdf].
33. Data sheet на переключатели MM5600 [https://menlomicro.com/images/general/MM5600_Datasheet.pdf].
34. Mirzajani H., Ilkhechi A.K., Zolfaghari P. et al. Power efficient, low loss and ultra-high isolation RF MEMS switch dedicated for antenna switch applications // Microelectronics Journal. 2017. V. 69. PP. 64–72.
В. Кочемасов, к.т.н., Е. Торина, к.т.н., А. Сафин, д.ф.-м-н.
В первой и второй частях статьи, опубликованных в четвертом и пятом номерах журнала «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес» за 2024 год, было рассмотрено устройство МЭМС-переключателей ВЧ / СВЧ-сигналов и рассказано о различных типах таких устройств, выпускаемых рядом производителей. В данном номере приводится информация об особенностях и характеристиках МЭМС-переключателей компании Menlo Micro.
Menlo Micro. После многолетнего сотрудничества в области построения МЭМС-переключателей ряд компаний: General Electric, Ventures, Microsemi, Corning и Paladin Capital Group, обладающих технологиями производства интегральных схем и опытом производства сплавов с уникальными характеристиками, учредили в 2016 году компанию Menlo Micro, инвестировав в ее развитие 18,7 млн долл. Результатом этого сотрудничества стала новая технология создания мощных МЭМС-переключателей с исключительно низкими значениями сопротивлений включения Ron и вносимых потерь. Эта технология, базирующаяся на TGV (Through Glass Via) технологии корпусирования, позволила объединять множество микропереключателей. В результате компании удалось увеличить мощность и уменьшить размеры конечных изделий, а также сократить число используемых при производстве компонентов и, как следствие, снизить стоимость производства. Замена проволочных перемычек на металлизированные отверстия в стеклянной подложке более чем на 75% снизила паразитные эффекты, что расширило диапазон рабочих частот переключателей [23–25].
Технологии Menlo Micro близки к стандартным КМОП-технологиям, что позволяет использовать их при крупносерийном производстве. Кроме того, применяемый для контактов переключателя специальный сплав, разработанный компанией, позволяет улучшить долговечность МЭМС ПК типа «металл – металл». При использовании такого сплава величина зазора S между контактами при испытаниях, соответствующих условиям 20-летней работы устройства, остается постоянной, а при золотых контактах начинает деградировать уже через час после начала испытаний (рис. 29) и через время, соответствующее 20 годам работы, достигает 35% от ее начального значения. Разработчики назвали новый подход технологией «идеального» переключателя, на основе которого предложили широкую линейку изделий [25, 26].
Микросхема ММ7100 [27] является SPST MЭMC переключателем высоковольтных сигналов, выполненным по технологии DMS (Digital-Micro-Switch) компании Menlo Micro (табл. 7). Эти изделия способны переключать напряжения до 400 В и токи до 2 А и при этом предназначены для поверхностного монтажа и обладают исключительно малыми габаритами (0,35 x 0,35 x 0,07 мм).
Изделие ММ7100 обеспечивает очень низкое сопротивление Ron во включенном состоянии и высокую развязку в выключенном состоянии. Работая при температуре окружающей среды 85 °С, оно обеспечивает срок жизни, превосходящий 3 млрд циклов. Вследствие упомянутых характеристик эти МЭМС-переключатели являются идеальной заменой своих электромеханических аналогов, а также pin-диодных переключателей в тех случаях, когда размеры, вес, входная мощность и отвод тепла являются определяющими. Переключатель ММ7100 является неполяризованным реле, вследствие чего ток между входом и выходом (рис. 30а) может течь в обоих направлениях.
Рабочий диапазон переключателя составляет 0–750 МГц, а время переключения не превосходит 5 мкс. Электростатическое напряжение по всем портам не должно превышать 250 В (HBM). Номинальное высоковольтное управляющее напряжение равно 77,5 В. Максимальная входная мощность в каждом канале не превышает 100 Вт.
ММ1200 [28] – 6-канальный SPST МЭМС ПК, предназначенный для коммутации в сетях постоянного и переменного токов. Каждый канал обеспечивает низкое сопротивление контакта Ron и высокую развязку в выключенном состоянии. Число циклов переключения в этом изделии превышает 3 млрд. Все каналы переключателя управляются индивидуально по последовательно-параллельному интерфейсу, обеспечивая независимое управление затворами во всех шести каналах (рис. 30б).
Предельное канальное напряжение постоянного или переменного тока не превышает 150 В, а канальный ток 1 А. При этом общий ток во всех шести каналах не должен превосходить 3 А. Время переключения не превышает 10 мкс. Переключение осуществляется по SPI-интерфейсу. Расположен переключатель в BGA-корпусе с размерами 6,0 x 6,0 x 1,3 мм. Внешние напряжения +5 В и +75 В подаются на интегрированный в микросхему драйвер.
Переключатель ММ1200 хорошо подходит для замены электромеханических переключателей, используется в автоматических тестовых и измерительных комплексах,
а также служит основой для матричных переключателей. В качестве помощи инженерам компания разработала отладочную плату ММ1200-EVK (рис. 31а).
ММ3100 [29] – это мощный (до 25 Вт на частоте 300 МГц), нормально открытый, 6-канальный МЭМС SPSТ переключатель для ВЧ/СВЧ-применений. Он выполнен с использованием технологии «идеального» переключателя. Каждый канал обеспечивает вносимые потери 0,5 дБ на частоте 3 ГГц, высокую (18 дБ) развязку в диапазоне от 0 до 3 ГГц и срок жизни более 3 млрд циклов. Каждый канал управляется индивидуально (рис. 30б) по последовательно-параллельному интерфейсу, обеспечивая управление затворами переключателей. Помимо функции SPST-переключателя, ММ3100 может выполнять функции трех изделий: SP2T- и SP3T-переключателей, а также матричного переключателя 2P3T. Для управления работой этих переключателей требуются внешние логические цепи
и интегрируемый в схему высоковольтный драйвер. Максимальная мощность, подаваемая на вход переключателя, зависит от частоты (рис. 32).
Для удобства работы с микросхемой и проведения измерений ее характеристик была разработана отладочная плата ММ3100-EVK (рис. 31б).
Представляют также интерес зависимости сопротивления Ron от температуры окружающей среды (рис. 33). Стоит отметить и зависимости вероятности отказов от числа циклов переключения в горячем режиме при различных входных мощностях (рис. 34).
Избавиться от горячего режима переключения, а значит, существенно увеличить срок жизни переключателей можно обеспечив соответствующий режим изменения высоковольтного напряжения управления (рис. 35).
ММ5130 [30] – это высокомощный SP4T МЭМС переключатель компании Menlo Micro, который обеспечивает ультранизкие (0,4 дБ) вносимые потери и превосходную (IIP3 = 95 дБм) линейность в полосе частот 0–18 ГГц. Время жизни в этом переключателе превышает 3 млрд циклов. ММ5130 может также работать в специальном режиме, обеспечивая расширенный диапазон частот (0–26 ГГц). ММ5130 идеально заменяет ЭМПК и полупроводниковые ПК в тех применениях, где линейность и вносимое ослабление являются определяющими параметрами. Четыре канала переключателя индивидуально управляются по входам Vy1, Vy2, Vy3, Vy4, (рис. 36а). Отметим, что вносимые потери IL и развязки Iso мало зависят от номера подключенного канала (рис. 37а, б). Практически постоянным вносимое ослабление остается и по мере увеличения отработанных циклов переключения
(рис. 38). Низкими в этом переключателе остаются вторая (H2 ) и третья (H3 ) гармоники (рис. 39а, б).
Существенно в переключателе различаются времена включения Ton и выключения Toff (табл. 7). Для помощи разработчикам, осваивающим микросхему ММ5130, в компании Menlo Micro была разработана отладочная плата (рис. 31в).
ММ5120 [31] – это мощный (25 Вт) SP4T ПК, также выполненный по технологии «идеального» переключателя. ММ5120 обеспечивает исключительно низкие (0,4 дБ) вносимые потери и высокую (> 90 дБм) линейность во всем диапазоне рабочих частот. Срок жизни этого МЭМС ПК превышает 3 млрд циклов переключения, что в совокупности с увеличенным IIP3 и уменьшенным IL позволяет использовать его в качестве идеальной замены ЭМПК. Удобство управления микросхемой обеспечивается встроенными цепями управления, драйвером и схемой накачки заряда (charge pump), необходимой для управления затвором (рис. 36б). Основные параметры переключателя ММ5120 IL, Iso и RL мало зависят от номера подключенного канала и окружающей температуры (рис. 40а–в;
рис. 41а–в).
Интерес представляют и зависимости вероятности отказа Pо от времени (рис. 42а) и числа наработанных циклов (рис. 42б) при двух значениях температуры окружающей среды.
ММ5140 [32] – еще один мощный (25 Вт в непрерывном и 100 Вт в импульсном режимах) SP4T ПК. Он обеспечивает исключительно малое (0,4 дБ) вносимое ослабление
и исключительно высокую (IIP3>90 дБм) линейность в диапазоне частот 0–6,0 ГГц.
Предельное число циклов при этом превышает 3 млрд. ММ5140 также является идеальной заменой ЭМПК и твердотельных переключателей в тех применениях, где требуются высокая линейность и низкие вносимые потери. В состав микросхемы входит драйвер, управляемый по интерфейсам SPI и GPIO. В эту микросхему, кроме того, интегрирована схема накачки заряда для управления затвором (рис. 36б). Переключатель выполнен в LGA-корпусе с посадочными размерами 5,2 x 4,2 мм.
Микросхема может быть применена в переключаемых и перестраиваемых фильтрах, матричных переключателях с низкими вносимыми потерями, для замены электромеханических переключателей, для настройки антенн, в системах управления антенным лучом и цифровых аттенюаторах. По радиочастотным входам обеспечивается защита от электростатического напряжения 150 В (HBM). По всем другим входам защита обеспечивается на уровне 2000 В (HBM). Микросхема устойчива к ударам 500 g и вибрациям.
Уровни второй и третьей гармоник равны –125 дБн и –150 дБн соответственно. Время включения равно 12 мкс, время выключения – 5 мкс. При температуре 25 °С типовой срок жизни составляет 30 млрд переключений. С повышением температуры до 85 °С срок жизни сокращается до 100 млн переключений. Видеопросачивание в микросхеме равно 16 мВ.
Помимо SPST и SP4T МЭМС переключателей, компания Menlo Micro разработала DPDT-переключатель ММ5600 [33]. Этот «идеальный» переключатель (рис. 43) может работать в цифровых линиях связи со скоростью передачи информации 40 Гбит/с или в СВЧ-применениях до 20 ГГц. В переключателе обеспечиваются низкие вносимые потери (1,3 дБ), развязка (24 дБ), интермодуляционные продукты третьего порядка (IIP3 = 77 дБм) и негармонические составляющие H2 = –102 дБн, H3 = –101 дБн. Напряжение питания Vdd = +6 В, высоковольтное напряжение, подаваемое на затвор переключателя, равно 100 В. Времена включения/выключения равны 8,5 и 2,5 мкс соответственно. Типичный срок жизни переключателя составляет 30 млрд циклов. Сопротивление включения Ron = 1,2 Ом. Вносимые IL и возвратные RL потери, а также развязка Iso при температуре окружающей среды 25 °С в каналах переключателя меняются не очень сильно (рис. 44).
***
Рынок МЭМС-переключателей активно развивается последние десятилетия. Современные технологии уже позволили добиться впечатляющих характеристик МЭМС ПК с электростатическим приводом, серийно выпускаемых промышленностью. На кристаллах размером в несколько квадратных миллиметров были достигнуты рекордные мощности переключения, вносимые потери, линейность, частотный диапазон и надежность, вполне конкурентная со всеми существующими типами переключателей радиосигналов. Применение МЭМС ПК стало целесообразней, чем ЭМПК в большинстве приложений. В тех случаях, когда на переключение отводятся микросекунды и более МЭМС ПК оказываются предпочтительнее полупроводниковых переключателей. Дальнейшее развитие технологий МЭМС позволит улучшить параметры изделий, повысить их надежность и удешевить массовое производство.
Сейчас в литературе уже встречаются отчеты о лабораторных образцах с еще более совершенными параметрами. Так, учеными из Канады и Ирана представлен МЭМС-переключатель с термоэлектрическим приводом, показывающий рекордный уровень IIP3, равный 127 дБ, при FOM = 23 фс и требуемом питании всего 5 В [34]. Следует ожидать, что МЭМС ПК займут значительную долю рынка в ближайшие годы.
ЛИТЕРАТУРА
23. Happich J. MEMS power switches to shrink thanks to through glass via packaging. // https://www.eenewseurope.com/en/mems-power-switches-to-shrink-thanks-to-through-glass-via-packaging/ [Электронный ресурс. Дата обращения 21.03.2024]
24. Happich J. GE spins out MEMS startup: wants cheaper power switches // Electronic Engineering Times Europe. January 2017. PP. 12–13.
25. Micro-mechanical switches for both power and 5G applications. www.Mwee.com, www.menlomicro.com, www.corning.com.
26. Leitner J. RF MEMS Switch Performance in Extreme Environments. // Microwave Journal. 2021. No. 12. PP. 54–60.
27. Data sheet на переключатели MM7100 [https://menlomicro.com/images/general/MM7100_Datasheet.pdf].
28. Data sheet на переключатели MM1200 [https://menlomicro.com/images/general/MM1200_Datasheet.pdf].
29. Data sheet на переключатели MM1300 [https://menlomicro.com/images/general/MM1300_Datasheet.pdf].
30. Data sheet на переключатели MM5130 [https://menlomicro.com/images/general/MM5130_Datasheet.pdf].
31. Data sheet на переключатели MM5120 [https://menlomicro.com/images/general/MM5120_Datasheet.pdf].
32. Data sheet на переключатели MM5140 [https://menlomicro.com/images/general/MM5140_Datasheet.pdf].
33. Data sheet на переключатели MM5600 [https://menlomicro.com/images/general/MM5600_Datasheet.pdf].
34. Mirzajani H., Ilkhechi A.K., Zolfaghari P. et al. Power efficient, low loss and ultra-high isolation RF MEMS switch dedicated for antenna switch applications // Microelectronics Journal. 2017. V. 69. PP. 64–72.
Отзывы читателей
