淺析MEMS開關(guān)在電路上的應(yīng)用

微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）開關(guān)一直被標(biāo)榜為性能有限的機(jī)電繼電器的出色替代器件，因?yàn)樗子谑褂?，尺寸很小，能夠以極小的損耗可靠地傳送0 Hz/dc至數(shù)百GHz信號(hào)，有望徹底改變電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。

與傳統(tǒng)機(jī)電繼電器相比，ADI 的MEMS開關(guān)技術(shù)使RF 和DC開關(guān)性能、可靠性及小型化實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

以 ADI 的寬帶、單刀四擲 (SP4T) 開關(guān) ADGM1304為例，該產(chǎn)品采用 ADI 公司的 MEMS 開關(guān)技術(shù)制造而成，此技術(shù)支持實(shí)現(xiàn)高要求 RF 應(yīng)用所需的高功率、低損耗、低失真GHz開關(guān)。

下圖是該開關(guān)的橫截面示意圖。它是一種三端子配置的靜電 驅(qū)動(dòng)懸臂梁式開關(guān)。其在功能上類似于場效應(yīng)晶體管 (FET)，端子可用作源極、柵極和漏極。

MEMS開關(guān)設(shè)計(jì)的橫截面，圖中所示為懸臂開關(guān)梁 （不成比例）

與固態(tài)繼電器等其他開關(guān)替代產(chǎn)品不同，ADGM1304具備出色的精度，并提供從0 Hz (DC)到14 GHz的RF性能；

與機(jī)電繼電器相比，高度可靠的ADGM1304可將冷開關(guān)生命周期提高10倍，同時(shí)延長ATE系統(tǒng)工作壽命，減少由于繼電器故障導(dǎo)致的代價(jià)高昂的停機(jī)；

與DPDT繼電器設(shè)計(jì)相比，集成式電荷泵無需外部驅(qū)動(dòng)器，這進(jìn)一步減小了ATE系統(tǒng)尺寸，而多路復(fù)用器配置也可簡化扇出式結(jié)構(gòu)。

無論與誰相比，MEMS開關(guān) ADGM1304都“更勝一籌”。那么，這款“無人能敵”的MEMS 開關(guān)應(yīng)用在哪些電路上比較好呢？ADI官方給出的建議是——

可切換RF衰減器

RF 衰減器網(wǎng)絡(luò)常用于RF儀器儀表設(shè)備，例如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀和信號(hào)發(fā)生器。通過衰減器路由RF信號(hào)可以讓設(shè)備接受更高功率信號(hào)，從而提高儀器的動(dòng)態(tài)范圍。在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器之類的RF衰減應(yīng)用中，在信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)后維持其帶寬至關(guān)重要。信號(hào)的降級(jí)會(huì)降低設(shè)備性能。因此，用于路由的開關(guān)的RF特性是衰減器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

ADGM1304 MEMS開關(guān)具有很低且平坦的插入損耗、超寬 RF帶寬和高可靠性，適合用作可切換的RF衰減器。ADGM1304作為SP4T開關(guān)，還能帶來額外的靈活性。圖1顯示了一個(gè)衰減器網(wǎng)絡(luò)配置示例，其使用兩個(gè)ADGM1304 開關(guān)和三個(gè)不同的衰減器。開關(guān)的第四通道用于圖1中的非衰減路由。

圖1.采用ADGM1304 MEMS開關(guān)的切換式RF衰減器

可重復(fù)配置RF濾波器

可重復(fù)配置的RF濾波器對很多RF前端應(yīng)用非常有利。它能節(jié)省更多空間。隨著應(yīng)用的空間越來越受限，經(jīng)濟(jì)好用的可重復(fù)配置RF濾波器無疑要比多個(gè)頻率相關(guān)的濾波器更有吸引力。

為了開啟集總元件（電容、電感），需要ADGM1304 MEMS 開關(guān)，其具有很低且平坦的插入損耗、超寬RF帶寬、低寄 生效應(yīng)、低電容和高線性度，因此非常適合可重復(fù)配置濾波器應(yīng)用。

在無線通信或移動(dòng)無線電等應(yīng)用中，頻段和/或模式的數(shù)量不斷增加。利用可重復(fù)配置RF濾波器，相同元件可以支持更多頻段/模式。

圖2所示為一個(gè)可重復(fù)配置帶通濾波器示例。所示拓?fù)涫且粋€(gè)一般化的兩部分、感性耦合、單端帶通濾波器，標(biāo)稱中心頻率為400 MHz（UHF頻段）。注意，MEMS開關(guān)與各分流電感串聯(lián)。

圖2.利用兩個(gè)ADGM1304 MEMS開關(guān)實(shí)現(xiàn)的可重復(fù)配置帶通濾波器

開關(guān)的作用是將分流電感包括或排除于電路中。更改分流電感值會(huì)影響濾波器的帶寬和中心頻率。使用15 nH到30 nH 的電感值會(huì)顯著改變帶寬和中心頻率，使濾波器可動(dòng)態(tài)配置以工作在超高頻(UHF) 或甚高頻 (VHF) 波段，同時(shí)保留 輸入和輸出端口的50 Ω匹配。