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浅析MEMS开关在电路上的应用

时间：2018-09-10 15:50来源：亚德诺半导体

摘要：微型机电系统（MEMS）开关一直被标榜为性能有限的机电继电器的出色替代器件，因为它易于使用，尺寸很小，能够以极小的损耗可靠地传送0Hzdc至数百GHz信号，有望彻底改变电子系统的实现方式。

微型机电系统（MEMS）开关一直被标榜为性能有限的机电继电器的出色替代器件，因为它易于使用，尺寸很小，能够以极小的损耗可靠地传送0 Hz/dc至数百GHz信号，有望彻底改变电子系统的实现方式。

与传统机电继电器相比，ADI 的MEMS开关技术使RF 和DC开关性能、可靠性及小型化实现了跨越式发展。

以 ADI 的宽带、单刀四掷 (SP4T) 开关 ADGM1304 为例，该产品采用 ADI 公司的 MEMS 开关技术制造而成，此技术支持实现高要求 RF 应用所需的高功率、低损耗、低失真GHz开关。

 
 
下图是该开关的横截面示意图。它是一种三端子配置的静电 驱动悬臂梁式开关。其在功能上类似于场效应晶体管 (FET)，端子可用作源极、栅极和漏极。
 
 
MEMS开关设计的横截面，图中所示为悬臂开关梁 （不成比例）
 
与固态继电器等其他开关替代产品不同，ADGM1304具备出色的精度，并提供从0 Hz (DC)到14 GHz的RF性能；

与机电继电器相比，高度可靠的ADGM1304可将冷开关生命周期提高10倍，同时延长ATE系统工作寿命，减少由于继电器故障导致的代价高昂的停机；

与DPDT继电器设计相比，集成式电荷泵无需外部驱动器，这进一步减小了ATE系统尺寸，而多路复用器配置也可简化扇出式结构。

无论与谁相比，MEMS 开关 ADGM1304 都“更胜一筹”。那么，这款“无人能敌”的 MEMS 开关应用在哪些电路上比较好呢？ADI 官方给出的建议是——

可切换RF衰减器
RF 衰减器网络常用于RF仪器仪表设备，例如矢量网络分析仪、频谱分析仪和信号发生器。通过衰减器路由RF信号可以让设备接受更高功率信号，从而提高仪器的动态范围。在矢量网络分析仪、频谱分析仪、信号发生器之类的RF衰减应用中，在信号通过网络后维持其带宽至关重要。信号的降级会降低设备性能。因此，用于路由的开关的RF特性是衰减器网络的重要组成部分。

ADGM1304 MEMS开关具有很低且平坦的插入损耗、超宽 RF带宽和高可靠性，适合用作可切换的RF衰减器。ADGM1304作为SP4T开关，还能带来额外的灵活性。图1显示了一个衰减器网络配置示例，其使用两个ADGM1304 开关和三个不同的衰减器。开关的第四通道用于图1中的非衰减路由。

 
图1.采用ADGM1304 MEMS开关的切换式RF衰减器
 
可重复配置RF滤波器
可重复配置的RF滤波器对很多RF前端应用非常有利。它能节省更多空间。随着应用的空间越来越受限，经济好用的可重复配置RF滤波器无疑要比多个频率相关的滤波器更有吸引力。

为了开启集总元件（电容、电感），需要ADGM1304 MEMS 开关，其具有很低且平坦的插入损耗、超宽RF带宽、低寄 生效应、低电容和高线性度，因此非常适合可重复配置滤波器应用。

在无线通信或移动无线电等应用中，频段和/或模式的数量不断增加。利用可重复配置RF滤波器，相同元件可以支持更多频段/模式。

图2所示为一个可重复配置带通滤波器示例。所示拓扑是一个一般化的两部分、感性耦合、单端带通滤波器，标称中心频率为400 MHz（UHF频段）。注意，MEMS开关与各分流电感串联。

 
图2.利用两个ADGM1304 MEMS开关实现的可重复配置带通滤波器
 
开关的作用是将分流电感包括或排除于电路中。更改分流电感值会影响滤波器的带宽和中心频率。使用15 nH到30 nH 的电感值会显著改变带宽和中心频率，使滤波器可动态配置以工作在超高频(UHF) 或甚高频 (VHF) 波段，同时保留 输入和输出端口的50 Ω匹配。

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