ADI MEMS开关技术解析
解决大问题需要开创性的技术，机电继电器早在电报问世之初就已存在，但没有其他替代的开关技术可满足所有市场需求——特别是对于测试和测量、通信、防务、医疗保健和消费类市场中智能性和互联性更强的应用需求。作为不断增长的市场需求的一个例子，测试和测量终端用户要求多标准测试解决方案的尺寸尽可能最小，在0 hz/dc至数百ghz的频率范围内需要实现较高并行测试。机电继电器的带宽窄、动作寿命有限、通道数有限以及封装尺寸较大，因此对系统设计人员的限制日益增大。
微机电系统 (mems) 开关具有创新性，可以替代继电器并将行业推向更高水平。凭借内部先进的mems开关制造设备，adi公司目前可以批量生产高性能的快速小型mems开关，此类开关的特点是机械耐用、功耗低且具有静电放电 (esd) 保护功能。
mems开关技术
adi mems开关技术的关键是静电驱动的微机械加工黄金悬臂梁开关元件概念。可以将mems开关视作微米尺度的机械继电器，其金属对金属触点通过高压直流静电驱动。显示了单个mems开关悬臂的特写图。其中可看到并联的的五个触点和具有下面有空隙的铰链结构。这一开关设计用于 adgm1304 单刀四掷 (sp4t) mems开关和具有增强型esd保护性能的 adgm1004 sp4t开关。
adi设计了一个配套驱动器集成电路 (ic)，以产生驱动开关所需的高直流电压，保证快速可靠的驱动和长使用寿命，并使器件易于使用。显示了采用超小型smd qfn封装的mems芯片和驱动器ic。被封装在一起的驱动器功耗非常低——典型值为10 mw，比rf继电器的典型驱动器要求低10倍。
集成esd保护
借助adgm1304 mems开关产品，adi开发了adgm1004 mems开关，通过集成固态esd保护技术来增强rf端口esd性能。adgm1004开关的rf端口人体模型 (hbm) esd额定值已增加到5 kv。这个级别的esd保护可谓mems开关行业较早使用。
集成式固态esd保护是专有的adi技术，可实现非常高的esd保护同时对mems开关rf性能影响最小。显示了采用smd qfn封装的esd保护元件。其中，芯片安放在mems芯片上，通过焊线连接至封装的rf引脚。这些都是针对rf和esd性能进行了优化。
为了实现adgm1004产品，adi将三种专有光刻技术与组装和mems封盖技术相结合，以实现这一性能突破。
rf和0 hz/dc性能
mems开关的优势是它在一个非常小的表贴封装中实现了0 hz/dc 精密性和宽带rf性能。图4显示了adgm1004单刀四掷 (sp4t) mems 开关的实测插入损耗和关断隔离性能。插入损耗在2.5 ghz时仅为0.45 db，在带宽高达13 ghz时为–3 db。rf功率处理额定值为32 dbm（无压缩），三阶交调截点 (ip3) 线性度在频率范围内恒定为67 dbm（典型值），频率极低时无性能降低。
图4. adgm1004 mems开关rf性能线性标度＜10 mhz。
adgm1004 mems开关设计为0 hz/dc精密应用提供极高的性能。表1 列出了这些重要规格。
表1. adgm1004精度规格i
表1列出了hbm esd额定值，rf端口的额定值为5 kv hbm，相比 adgm1304器件的100v hbm有大幅提升。这提高了人工处理esd敏感型应用的易用性。
表2. adgm1004精度规格ii
无论什么市场，小尺寸解决方案都是一项关键要求。图5利用实物照片比较了adgm1004 sp4t mems开关的封装设计与典型dpdt机电继电器的尺寸，adgm100体积缩小了高达95%。
最后，为了帮助系统设计人员，我们对adgm1004开关的热切换寿命（进行rf功率传输时对通道进行切换）进行了特性化测试。图显示了进行2 ghz、10 dbm rf信号热切换时的寿命概率。样本测试的故障前平均循环次数 (t50) 为34亿次。更高的功率测试结果，请参见adgm1004数据手册。
图. 10 dbm rf信号热切换时95%置信区间 (ci) 下的对数正态故障概率。
结语
具有开创性的增强型esd保护性能的adgm1004 mems开关可以大幅提高易用性，同时在rf应用和0 hz/dc应用中都能保持卓越的开关性能。adi的mems开关技术具有从0 hz/dc开始的优良的带宽性能，相比rf继电器，mems开关的体积缩小多达95%，可靠性提升10倍，速度提升30倍，功耗降低10倍。adgm1004 mems开关为adi公司性能优异的开关产品阵营又添异彩。
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集成esd保护
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rf和0 hz/dc性能
mems开关的优势是它在一个非常小的表贴封装中实现了0 hz/dc 精密性和宽带rf性能。图4显示了adgm1004单刀四掷 (sp4t) mems 开关的实测插入损耗和关断隔离性能。插入损耗在2.5 ghz时仅为0.45 db，在带宽高达13 ghz时为–3 db。rf功率处理额定值为32 dbm（无压缩），三阶交调截点 (ip3) 线性度在频率范围内恒定为67 dbm（典型值），频率极低时无性能降低。
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表1列出了hbm esd额定值，rf端口的额定值为5 kv hbm，相比 adgm1304器件的100v hbm有大幅提升。这提高了人工处理esd敏感型应用的易用性。
表2. adgm1004精度规格ii
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最后，为了帮助系统设计人员，我们对adgm1004开关的热切换寿命（进行rf功率传输时对通道进行切换）进行了特性化测试。图显示了进行2 ghz、10 dbm rf信号热切换时的寿命概率。样本测试的故障前平均循环次数 (t50) 为34亿次。更高的功率测试结果，请参见adgm1004数据手册。
图. 10 dbm rf信号热切换时95%置信区间 (ci) 下的对数正态故障概率。
结语
具有开创性的增强型esd保护性能的adgm1004 mems开关可以大幅提高易用性，同时在rf应用和0 hz/dc应用中都能保持卓越的开关性能。adi的mems开关技术具有从0 hz/dc开始的优良的带宽性能，相比rf继电器，mems开关的体积缩小多达95%，可靠性提升10倍，速度提升30倍，功耗降低10倍。adgm1004 mems开关为adi公司性能优异的开关产品阵营又添异彩。
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