РЧ переключатель - RF switch

РЧ переключатель или СВЧ - переключатель представляет собой устройство для маршрутизации высокочастотных сигналов через пути передачи. ВЧ ( радиочастоты ) и микроволновые переключатели широко используются в микроволновых испытательных системах для маршрутизации сигналов между приборами и тестируемыми устройствами (DUT). Включение коммутатора в систему коммутационной матрицы позволяет направлять сигналы от нескольких приборов к одному или нескольким тестируемым устройствам. Это позволяет выполнять несколько тестов с одной и той же настройкой, устраняя необходимость в частых подключениях и отключениях. Весь процесс тестирования можно автоматизировать, увеличивая производительность в средах массового производства.

Как и другие электрические переключатели , радиочастотные и микроволновые переключатели имеют разные конфигурации для множества различных приложений. Ниже приведен список типичных конфигураций и использования коммутатора:

  • Однополюсный , двухпозиционный (SPDT или 1: 2) переключает маршрутизацию сигналов с одного входа на два выходных тракта.
Однополюсный двухпозиционный переключатель (SPDT) от Agilent Technologies
  • Многопортовые переключатели или однополюсные переключатели с несколькими направлениями (SPnT) позволяют использовать один вход для нескольких (трех или более) выходных путей.
  • Автоматические переключатели или двухполюсные двухпозиционные переключатели (DPDT) могут служить различным целям.
  • Переключатели байпаса вставляют или удаляют тестовый компонент из тракта прохождения сигнала.
Типичное применение 4-портового обходного переключателя

Коммутаторы RF CMOS имеют решающее значение для современной беспроводной связи , включая беспроводные сети и устройства мобильной связи . Объемные КМОП-коммутаторы Infineon продаются более 1  миллиарда единиц в год  , а по состоянию на 2018 год их общее количество достигло 5 миллиардов.

Технологии

Два основных типа радиочастотных и микроволновых переключателей имеют разные возможности:

Некоторые из электромеханических переключателей от Agilent Technologies
  • Твердотельный выключатель представляет собой электронное устройство коммутации на основе полупроводниковой технологии (например , МОП - транзистор , PIN - диод ). Он работает так же, как электромеханический переключатель, за исключением того, что у него нет движущихся частей.
    Некоторые твердотельные переключатели от Agilent Technologies
Параметры Электромеханический Твердое состояние
Частотный диапазон из [DC] от кГц
Вносимая потеря низкий высокая
Обратные потери хороший хороший
Повторяемость хороший отлично
Изоляция отлично хороший
Скорость переключения в мс в нс
Время установления <15 мс <1 мкс
Управление мощностью высокая низкий
Утечка видео никто низкий
Срок службы 5 миллионов циклов бесконечный
Невосприимчивость к электростатическому разряду высокая низкий
Чувствительны к вибрация Перенапряжение мощности RF

Параметры

Частотный диапазон

Радиочастотные и микроволновые приложения имеют диапазон частот от 100 МГц для полупроводников до 60 ГГц для спутниковой связи. Аксессуары для широкополосной связи повышают гибкость системы тестирования за счет расширения частотного диапазона. Однако частота всегда зависит от приложения, и широкая рабочая частота может быть принесена в жертву другим критическим параметрам. Например, анализатор цепей может выполнять развертку 1 мс для измерения вносимых потерь, поэтому для этого приложения время установления или скорость переключения становится критическим параметром для обеспечения точности измерения.

Вносимая потеря

Помимо правильного выбора частоты, вносимые потери имеют решающее значение для тестирования. Потери более 1 или 2 дБ ослабят пиковые уровни сигнала и увеличат время нарастания и спада фронта. Система с низкими вносимыми потерями может быть достигнута за счет минимизации количества соединителей и проходных путей или путем выбора устройств с низкими вносимыми потерями для конфигурации системы. Поскольку на более высоких частотах мощность стоит дорого, электромеханические переключатели обеспечивают минимально возможные потери на пути передачи.

Обратные потери

Возвратные потери вызваны несоответствием импедансов между цепями. На микроволновых частотах свойства материала, а также размеры элемента сети играют важную роль в определении согласования или рассогласования импеданса, вызванного распределенным эффектом. Коммутаторы с превосходными характеристиками обратных потерь обеспечивают оптимальную передачу мощности через коммутатор и всю сеть.

Повторяемость

Низкая повторяемость вносимых потерь снижает источники случайных ошибок на пути измерения, что повышает точность измерения. Воспроизводимость и надежность переключателя гарантирует точность измерений и может снизить стоимость владения за счет сокращения циклов калибровки и увеличения времени безотказной работы испытательной системы.

Изоляция

Изоляция - это степень ослабления нежелательного сигнала, обнаруженного в интересующем порте. Изоляция становится более важной на более высоких частотах. Высокая изоляция снижает влияние сигналов от других каналов, поддерживает целостность измеряемого сигнала и снижает погрешности измерения системы. Например, матрице переключения РЧ может потребоваться направить сигнал на анализатор спектра для измерения на уровне –70 дБмВт и одновременно направить другой сигнал на уровне +20 дБмВт. В этом случае переключатели с высокой изоляцией, 90 дБ или более, сохранят целостность измерения сигнала малой мощности.

Скорость переключения

Скорость переключения определяется как время, необходимое для изменения состояния порта коммутатора (рычага) с «ВКЛ» на «ВЫКЛ» или с «ВЫКЛ» на «ВКЛ».

Время установления

Поскольку время переключения определяет только конечное значение, составляющее 90% от установившегося / конечного значения РЧ-сигнала, время установления часто выделяется в характеристиках твердотельного переключателя, где потребность в точности и прецизионности является более критичной. Время установления измеряется до уровня, более близкого к окончательному значению. Широко используемое конечное значение времени установления составляет 0,01 дБ (99,77% от конечного значения) и 0,05 дБ (98,86% от конечного значения). Эта спецификация обычно используется для переключателей GaAs FET, потому что они имеют эффект задержки затвора, вызванный захватом электронов на поверхности GaAs.

Управление мощностью

Управление питанием определяет способность переключателя управлять питанием и очень зависит от конструкции и используемых материалов. Существуют различные номиналы мощности для переключателей, такие как горячее переключение, холодное переключение, средняя мощность и пиковая мощность. Горячее переключение происходит, когда РЧ / СВЧ-мощность присутствует на портах переключения во время переключения. Холодное переключение происходит, когда питание сигнала прекращается перед переключением. Холодное переключение приводит к снижению контактного напряжения и увеличению срока службы.

Прекращение

Оконечная нагрузка на 50 Ом критична во многих приложениях, поскольку каждая открытая неиспользуемая линия передачи имеет возможность резонировать. Это важно при проектировании системы, работающей на частотах до 26 ГГц или выше, где изоляция переключателя значительно снижается. Когда переключатель подключен к активному устройству, отраженная мощность незавершенного пути может повредить источник.

Электромеханические переключатели делятся на оконечные и незаземленные. Переключатели с оконечной нагрузкой: когда выбранный путь замыкается, все остальные пути заканчиваются нагрузкой 50 Ом, и ток на все соленоиды отключается. Незаключенные переключатели отражают мощность.
Твердотельные переключатели бывают поглощающими и отражающими. Абсорбирующие переключатели включают в себя 50-омную нагрузку в каждом из выходных портов, чтобы обеспечить низкий КСВН как в выключенном, так и в включенном состояниях. Отражающие переключатели проводят ВЧ-мощность, когда диод смещен в обратном направлении, и отражают ВЧ-мощность при прямом смещении.

Утечка видео

Утечка видео относится к паразитным сигналам, присутствующим на РЧ-портах коммутатора, когда он переключается без РЧ-сигнала. Эти сигналы возникают из сигналов, генерируемых драйвером переключателя, и, в частности, из-за всплеска напряжения на переднем фронте, необходимого для высокоскоростного переключения PIN-диодов. Амплитуда утечки видео зависит от конструкции переключателя и драйвера переключателя.

Срок службы

Длительный срок службы снижает стоимость цикла и бюджетные ограничения, позволяя производителям быть более конкурентоспособными.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки