RF přepínač - RF switch
RF-přepínače nebo mikrovlnné přepínač je zařízení pro směrování vysokofrekvenční signály prostřednictvím přenosových cest. RF ( radiofrekvenční ) a mikrovlnné spínače se široce používají v mikrovlnných testovacích systémech pro směrování signálu mezi testovanými přístroji a zařízeními (DUT). Začlenění přepínače do systému přepínačové matice vám umožňuje směrovat signály z více nástrojů do jednoho nebo více DUT. To umožňuje provádět více testů se stejným nastavením, což eliminuje potřebu častého připojování a odpojování. Celý proces testování lze automatizovat, což zvyšuje propustnost v prostředích velkoobjemové produkce.
Stejně jako ostatní elektrické spínače , RF a mikrovlnné spínače poskytují různé konfigurace pro mnoho různých aplikací. Níže je uveden seznam typických konfigurací a použití přepínačů:
- Jednopólové, dvojité vrhání (SPDT nebo 1: 2) přepíná signály trasy z jednoho vstupu na dvě výstupní cesty.
- Přepínače s více porty nebo přepínače s jedním pólem a vícenásobným vrháním (SPnT) umožňují jeden vstup do více (tří nebo více) výstupních cest.
- Přepínače nebo dvoupólové přepínače (DPDT) mohou sloužit k různým účelům.
- Bypass přepínače vkládají nebo odebírají testovací součást ze signálové cesty.
Přepínače RF CMOS jsou zásadní pro moderní bezdrátovou telekomunikaci , včetně bezdrátových sítí a mobilních komunikačních zařízení. Hromadné vysokofrekvenční přepínače CMOS společnosti Infineon se prodávají přes 1 miliardu kusů ročně a od roku 2018 dosáhnou kumulativních 5 miliard jednotek.
Technologie
Dva hlavní druhy RF a mikrovlnných spínačů mají různé možnosti:
- Elektromechanické spínače jsou založeny na jednoduché teorii elektromagnetické indukce . Jako spínací mechanismus spoléhají na mechanické kontakty.
- Solid state přepínač je elektronické spínací zařízení založené na polovodičové technologie (např MOSFET , PIN dioda ). Funguje podobně jako elektromechanický spínač, kromě toho, že nemá žádné pohyblivé části.
Parametry Elektromechanický Pevné skupenství Frekvenční rozsah z [DC] od kHz Ztráta vložení nízký vysoký Ztráta z návratu dobrý dobrý Opakovatelnost dobrý vynikající Izolace vynikající dobrý Rychlost přepínání v ms v ns Doba usazení <15 ms <1 μs Manipulace s výkonem vysoký nízký Únik videa žádný nízký Provozní životnost 5 milionů cyklů nekonečný ESD imunita vysoký nízký Citlivý na vibrace RF přepětí
Parametry
Frekvenční rozsah
RF a mikrovlnné aplikace mají frekvenci od 100 MHz pro polovodiče do 60 GHz pro satelitní komunikaci. Širokopásmové příslušenství zvyšuje flexibilitu testovacího systému rozšířením frekvenčního pokrytí. Frekvence je však vždy závislá na aplikaci a pro splnění dalších kritických parametrů může být obětována široká pracovní frekvence. Síťový analyzátor může například provést 1 ms rozmítání pro měření ztráty vložení, takže pro tuto aplikaci se čas ustálení nebo rychlost spínání stává kritickým parametrem pro zajištění přesnosti měření.
Ztráta vložení
Kromě správného výběru frekvence je pro testování rozhodující ztráta vložení . Ztráty větší než 1 nebo 2 dB zeslabí špičkové úrovně signálu a zvýší časy náběhu a klesání. Systém s nízkou ztrátou vložení lze dosáhnout minimalizací počtu konektorů a průchozích cest nebo výběrem zařízení s nízkou ztrátou vložení pro konfiguraci systému. Protože je výkon na vyšších frekvencích drahý, poskytují elektromechanické spínače nejnižší možnou ztrátu na přenosové cestě.
Ztráta z návratu
Zpětná ztráta je způsobena nesouladem impedance mezi obvody. Na mikrovlnných frekvencích hrají materiálové vlastnosti a rozměry síťového prvku významnou roli při určování shody impedance nebo nesouladu způsobeného distribuovaným efektem. Přepínače s vynikajícím výkonem při ztrátě návratu zajišťují optimální přenos energie přes přepínač a celou síť.
Opakovatelnost
Nízká opakovatelnost ztráty vložení snižuje zdroje náhodných chyb v cestě měření, což zlepšuje přesnost měření. Opakovatelnost a spolehlivost přepínače zaručuje přesnost měření a může snížit náklady na vlastnictví snížením kalibračních cyklů a prodloužením doby provozuschopnosti testovacího systému.
Izolace
Izolace je stupeň útlumu nežádoucího signálu detekovaného v požadovaném portu. Izolace se stává důležitější při vyšších frekvencích. Vysoká izolace snižuje vliv signálů z jiných kanálů, udržuje integritu měřeného signálu a snižuje nejistotu měření systému. Například matice RF přepínače může potřebovat směrovat signál do spektrálního analyzátoru pro měření při –70 dBm a současně směrovat další signál při +20 dBm. V tomto případě přepínače s vysokou izolací, 90 dB nebo více, udrží integritu měření signálu s nízkým výkonem.
Rychlost přepínání
Rychlost přepínání je definována jako doba potřebná ke změně stavu přepínacího portu (paže) z „ON“ na „OFF“ nebo z „OFF“ na „ON“.
Doba usazení
Protože doba přepínání určuje pouze koncovou hodnotu 90% ustálené/konečné hodnoty RF signálu, je doba ustálení často zdůrazněna při výkonu polovodičového spínače, kde je kritičtější potřeba přesnosti a přesnosti. Doba usazení se měří na úroveň blíže konečné hodnotě. Široce používaná hodnota doby ustálení mezi okrajem a konečnou hodnotou je 0,01 dB (99,77% konečné hodnoty) a 0,05 dB (98,86% konečné hodnoty). Tato specifikace se běžně používá pro GaAs FET spínače, protože mají brána zpoždění efekt způsobený elektrony před zachycením na povrchu GaAs.
Manipulace s výkonem
Manipulace s výkonem definuje schopnost přepínače zvládat výkon a je velmi závislá na konstrukci a použitých materiálech. Přepínače, jako je přepínání za tepla, přepínání za studena, průměrný výkon a špičkový výkon, mají různé hodnocení manipulace s výkonem. Přepínání za tepla nastává, když je v portech přepínání v době přepínání přítomno vysokofrekvenční/mikrovlnné napájení. Ke studenému přepínání dochází, když je před přepnutím odpojen výkon signálu. Přepínání za studena má za následek nižší kontaktní napětí a delší životnost.
Ukončení
Ukončení zátěže 50 ohmů je kritické v mnoha aplikacích, protože každé otevřené nepoužívané přenosové vedení má možnost rezonovat. To je důležité při navrhování systému, který pracuje na frekvencích až 26 GHz nebo vyšších, kde izolace spínačů značně klesá. Když je přepínač připojen k aktivnímu zařízení, odražený výkon neukončené cesty by mohl zdroj poškodit.
- Elektromechanické spínače jsou kategorizovány jako ukončené nebo neukončené. Ukončené spínače: když je vybraná cesta uzavřena, všechny ostatní cesty jsou zakončeny zátěží 50 ohmů a proud do všech solenoidů je přerušen. Nezastavené přepínače odrážejí energii.
- Polovodičové přepínače jsou kategorizovány jako absorpční nebo reflexní. Absorpční spínače obsahují 50 ohmové zakončení v každém z výstupních portů, aby představovaly nízké VSWR ve stavech OFF i ON. Reflexní spínače vedou vysokofrekvenční energii, když je dioda předpjata opačně, a odráží vysokofrekvenční energii, když je předpětí dopředné.
Únik videa
Únik videa se týká podvržených signálů přítomných na RF portech přepínače, když je přepnut bez přítomnosti RF signálu. Tyto signály vycházejí z průběhů generovaných ovladačem spínače a zejména z napěťové špičky náběžné hrany potřebné pro vysokorychlostní přepínání PIN diod. Amplituda úniku videa závisí na konstrukci přepínače a ovladače přepínače.
Provozní životnost
Dlouhá životnost snižuje náklady na cyklus a rozpočtová omezení, což výrobcům umožňuje být konkurenceschopnější.
Viz také
Reference
externí odkazy
- Keysight (21. května 2010), Porozumění vysokofrekvenčním/mikrovlnným polovodičovým přepínačům a jejich aplikacím (PDF) , poznámka k aplikaci, Keysight Technologies
- Charter Engineering (16. srpna 2021), jak vybrat RF přepínač , poznámka k aplikaci, Charter Engineering