RF anahtarı - RF switch

Bir RF anahtarı veya mikrodalga anahtarı , yüksek frekanslı sinyalleri iletim yolları üzerinden yönlendirmek için bir cihazdır . RF ( radyo frekansı ) ve mikrodalga anahtarları, test edilen aletler ve cihazlar (DUT) arasında sinyal yönlendirmesi için mikrodalga test sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır . Bir anahtarı bir anahtar matris sistemine dahil etmek, sinyalleri birden çok cihazdan tek veya birden çok DUT'a yönlendirmenizi sağlar. Bu, aynı kurulumla birden fazla testin gerçekleştirilmesine izin vererek sık bağlantı ve bağlantı kesme ihtiyacını ortadan kaldırır. Tüm test süreci otomatikleştirilebilir, bu da yüksek hacimli üretim ortamlarında verimi artırır.

Diğer elektrik anahtarları gibi , RF ve mikrodalga anahtarları da birçok farklı uygulama için farklı konfigürasyonlar sağlar. Aşağıda tipik anahtar yapılandırmalarının ve kullanımının bir listesi bulunmaktadır:

Agilent Technologies'den tek kutuplu çift atışlı (SPDT) anahtar
  • Çok bağlantı noktalı anahtarlar veya tek kutuplu, çok atışlı (SPnT) anahtarlar, birden çok (üç veya daha fazla) çıkış yoluna tek bir girişe izin verir.
  • Transfer anahtarları veya çift ​​kutuplu, çift atışlı (DPDT) anahtarlar çeşitli amaçlara hizmet edebilir.
  • Baypas anahtarları, bir sinyal yolundan bir test bileşeni ekler veya çıkarır.
4 bağlantı noktalı bir baypas anahtarının tipik uygulaması

RF CMOS anahtarları, kablosuz ağlar ve mobil iletişim cihazları dahil olmak üzere modern kablosuz telekomünikasyon için çok önemlidir . Infineon'un toplu CMOS RF anahtarları , yılda 1 milyar birimin üzerinde satış yaparak 2018 itibariyle kümülatif 5 milyar birime ulaştı .   

teknolojiler

İki ana RF ve mikrodalga anahtarı türü farklı yeteneklere sahiptir:

Agilent Technologies'in elektromekanik anahtarlarından bazıları
  • Bir katı hal anahtarı (örneğin, yarı iletken teknolojisine dayalı bir elektronik anahtarlama cihazı MOSFET , PIN diyodu ). Hareketli parçası olmaması dışında elektromekanik bir anahtara benzer şekilde çalışır.
    Agilent Technologies'in katı hal anahtarlarından bazıları
parametreler elektromekanik Katı hal
Frekans aralığı [DC]'den kHz'den
Ekleme kaybı düşük yüksek
Geri dönüş kaybı iyi iyi
tekrarlanabilirlik iyi harika
İzolasyon harika iyi
Anahtarlama hızı ms cinsinden ns cinsinden
yerleşme zamanı < 15 ms < 1 μs
Güç kontrolü yüksek düşük
Video sızıntısı Yok düşük
çalışma ömrü 5 milyon döngü sonsuz
ESD bağışıklığı yüksek düşük
duyarlı titreşim RF güç aşırı gerilimi

parametreler

Frekans aralığı

RF ve mikrodalga uygulamaları, yarı iletken için 100 MHz'den uydu iletişimi için 60 GHz'e kadar frekans aralığındadır. Geniş bant aksesuarları, frekans kapsamını genişleterek test sistemi esnekliğini artırır. Bununla birlikte, frekans her zaman uygulamaya bağlıdır ve diğer kritik parametreleri karşılamak için geniş bir çalışma frekansı feda edilebilir. Örneğin, bir ağ analizörü, bir ekleme kaybı ölçümü için 1 ms'lik bir tarama gerçekleştirebilir, bu nedenle bu uygulama için yerleşme süresi veya anahtarlama hızı, ölçüm doğruluğunu sağlamak için kritik parametre haline gelir.

Ekleme kaybı

Uygun frekans seçimine ek olarak, ekleme kaybı test için kritik öneme sahiptir. 1 veya 2 dB'den büyük kayıplar, tepe sinyal seviyelerini zayıflatacak ve yükselen ve düşen kenar sürelerini artıracaktır. Konnektörlerin ve geçiş yollarının sayısını en aza indirerek veya sistem konfigürasyonu için düşük ekleme kayıplı cihazları seçerek düşük bir ekleme kaybı sistemi elde edilebilir. Güç daha yüksek frekanslarda pahalı olduğundan, elektromekanik anahtarlar iletim yolu boyunca mümkün olan en düşük kaybı sağlar.

Geri dönüş kaybı

Geri dönüş kaybı, devreler arasındaki empedans uyumsuzluğundan kaynaklanır. Mikrodalga frekanslarında, bir ağ elemanının boyutlarının yanı sıra malzeme özellikleri, dağıtılmış etkinin neden olduğu empedans eşleşmesini veya uyumsuzluğunu belirlemede önemli bir rol oynar. Mükemmel geri dönüş kaybı performansına sahip anahtarlar, anahtar ve tüm ağ üzerinden optimum güç aktarımı sağlar.

tekrarlanabilirlik

Düşük ekleme kaybı tekrarlanabilirliği, ölçüm yolundaki rastgele hata kaynaklarını azaltarak ölçüm doğruluğunu artırır. Bir anahtarın tekrarlanabilirliği ve güvenilirliği, ölçüm doğruluğunu garanti eder ve kalibrasyon döngülerini azaltarak ve test sistemi çalışma süresini artırarak sahip olma maliyetini azaltabilir.

İzolasyon

İzolasyon, ilgilenilen bağlantı noktasında algılanan istenmeyen bir sinyalden kaynaklanan zayıflama derecesidir. İzolasyon daha yüksek frekanslarda daha önemli hale gelir. Yüksek izolasyon, diğer kanallardan gelen sinyallerin etkisini azaltır, ölçülen sinyalin bütünlüğünü korur ve sistem ölçüm belirsizliklerini azaltır. Örneğin, bir RF anahtar matrisinin –70 dBm'de ölçüm için bir spektrum analiz cihazına bir sinyal yönlendirmesi ve aynı anda +20 dBm'de başka bir sinyali yönlendirmesi gerekebilir. Bu durumda yüksek izolasyonlu, 90 dB veya daha fazla olan anahtarlar, düşük güç sinyalinin ölçüm bütünlüğünü koruyacaktır.

Anahtarlama hızı

Anahtarlama hızı, bir anahtar portunun (kol) durumunu "AÇIK"tan "KAPALI"ya veya "KAPALI"dan "AÇIK"a değiştirmek için gereken süre olarak tanımlanır.

yerleşme zamanı

Anahtarlama zamanı, RF sinyalinin sabit/nihai değerinin yalnızca %90'lık bir bitiş değerini belirttiğinden, kesinlik ve kesinlik ihtiyacının daha kritik olduğu katı hal anahtar performansında yerleşme süresi genellikle vurgulanır. Yerleşme süresi, nihai değere daha yakın bir seviyeye kadar ölçülür. Yerleşme süresinin yaygın olarak kullanılan marj-son değeri 0,01 dB (nihai değerin %99,77'si) ve 0,05 dB'dir (nihai değerin %98,86'sı). Bu spesifikasyon, GaAs'ın yüzeyinde yakalanan elektronların neden olduğu bir geçit gecikmesi etkisine sahip oldukları için GaAs FET anahtarları için yaygın olarak kullanılır .

Güç kontrolü

Güç işleme, bir anahtarın gücü işleme yeteneğini tanımlar ve kullanılan tasarım ve malzemelere çok bağlıdır. Sıcak anahtarlama, soğuk anahtarlama, ortalama güç ve tepe güç gibi anahtarlar için farklı güç işleme derecelendirmeleri vardır. Sıcak anahtarlama, anahtarlama sırasında anahtarlama bağlantı noktalarında RF/mikrodalga gücü mevcut olduğunda gerçekleşir. Soğuk anahtarlama, anahtarlamadan önce sinyal gücü kesildiğinde gerçekleşir. Soğuk anahtarlama, daha düşük temas gerilimi ve daha uzun ömür sağlar.

Sonlandırma

50 ohm'luk bir yük sonlandırması, birçok uygulamada kritik öneme sahiptir, çünkü kullanılmayan her açık iletim hattının rezonansa girme olasılığı vardır. Bu, anahtar izolasyonunun önemli ölçüde düştüğü 26 GHz veya daha yüksek frekanslara kadar çalışan bir sistem tasarlarken önemlidir. Anahtar aktif bir cihaza bağlandığında, sonlandırılmamış bir yolun yansıyan gücü muhtemelen kaynağa zarar verebilir.

Elektromekanik anahtarlar , sonlandırılmış veya sonlandırılmamış olarak sınıflandırılır. Sonlandırılmış anahtarlar: seçilen bir yol kapatıldığında, diğer tüm yollar 50 ohm yüklerle sonlandırılır ve tüm solenoidlere giden akım kesilir. Sonlandırılmamış anahtarlar gücü yansıtır.
Katı hal anahtarları , emici veya yansıtıcı olarak sınıflandırılır. Emici anahtarlar , hem KAPALI hem de AÇIK durumlarında düşük bir VSWR sunmak için çıkış bağlantı noktalarının her birinde 50 ohm'luk bir sonlandırmayı içerir . Yansıtıcı anahtarlar, diyot ters taraflı olduğunda RF gücünü iletir ve ileri taraflı olduğunda RF gücünü yansıtır.

Video sızıntısı

Video sızıntısı, bir RF sinyali olmadan anahtarlandığında anahtarın RF bağlantı noktalarında bulunan sahte sinyalleri ifade eder. Bu sinyaller, anahtar sürücüsü tarafından üretilen dalga biçimlerinden ve özellikle, PIN diyotlarının yüksek hızda anahtarlanması için gerekli olan ön uç voltaj sıçramasından kaynaklanır. Video sızıntısının genliği, anahtarın ve anahtar sürücüsünün tasarımına bağlıdır.

çalışma ömrü

Uzun bir çalışma ömrü, üreticilerin daha rekabetçi olmasını sağlayan döngü başına maliyeti ve bütçe kısıtlamalarını azaltır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar