ADI前不久發(fā)布一種可替代傳統(tǒng)繼電器方法的出色方案——MEMS開關(guān)，四大突破技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)開關(guān)的革命。

近日，參與該項目設(shè)計的ADI公司高級應(yīng)用工程師Eric Carty現(xiàn)身，揭秘了其中關(guān)鍵的“金手指”結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計，匠心獨具助MEMS開關(guān)首次實現(xiàn)性能指數(shù)級突破，革命性地推出0Hz(DC)至GHz開關(guān)解決方案。

到底“金手指”緣何如此神奇？揭秘開始……

>>>>黃金打造，金手指超級靈巧機敏

下圖展示是被ADI工程師們私下稱為金手指”的黃金懸梁臂。它結(jié)構(gòu)小巧，僅厚6微米，如其綽號的意思，有5根手指（觸點）。ADI投入了大量資金，研發(fā)鍍金技術(shù)，借助專門的MEMS生產(chǎn)線打造這些高度一致的產(chǎn)品。

“金手指”采用靜電動作方式，在懸臂梁下方施加高壓直流電壓，以控制開關(guān)導(dǎo)通。當(dāng)導(dǎo)通時，靜電吸引力將懸臂拉下來，全部5個觸點都降下來，每個觸點的導(dǎo)通電阻均為5歐姆，組合后，整體導(dǎo)通電阻會小很多，能讓更大功率通過。經(jīng)過測試，“金手指”的傳輸功率可達36dBm。

懸臂梁由黃金制造，不過金對金的接觸設(shè)計不利于提升動作壽命，所以觸點材料改用硬質(zhì)合金金屬，因此其使用壽命——即開關(guān)次數(shù)——得到了大幅提升。

“金手指”導(dǎo)通時的實際移動距離只有0.3微米，微小的移動距離、以及ADI專利的密封殼技術(shù)，均有助于提高可靠性，可靠性是機械設(shè)計的關(guān)鍵！參與設(shè)計“金手指”的ADI公司高級應(yīng)用工程師Eric Carty表示——

“由四組‘金手指’構(gòu)成的MEMS繼電器產(chǎn)品可以實現(xiàn)10億次的開關(guān)壽命，而機電繼電器，一般是1000萬至1億次開關(guān)壽命。單就動作次數(shù)而言，這已稱得上是開關(guān)領(lǐng)域最具革命性的突破，而突破遠不止這一點。

Eric Carty

高級應(yīng)用工程師

不止開關(guān)壽命，四大突破引領(lǐng)開關(guān)革命潮流1

MEMS開關(guān)需要高電壓以靜電力驅(qū)動開關(guān)。為使器件盡可能容易使用，并進一步保障性能，ADI公司設(shè)計了配套驅(qū)動器集成電路(IC)來產(chǎn)生高直流電壓，其與MEMS開關(guān)共同封裝于QFN規(guī)格尺寸中。

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Eric指出：“過去，有人試著做過MEMS開關(guān)，但他們從來沒有成功地在同一封裝內(nèi)部集成驅(qū)動器，這對于ADI來說卻輕而易舉。ADI公司在DC/DC轉(zhuǎn)換器、電荷泵技術(shù)上有很多積累，我們把驅(qū)動器集成在內(nèi)部，增強了易用性，改善了用戶體驗，這就是第二點突破。”

四組“金手指”

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封裝，是第三點突破。ADIRFMEMS實現(xiàn)了固態(tài)開關(guān)一樣的尺寸，高度只有1mm，封裝面積5mmX4mm，比現(xiàn)有繼電器小20倍。因為尺寸非常小，所以器件的實際寄生效應(yīng)也非常小，在需要大帶寬的情況下?lián)碛邢忍靸?yōu)勢，經(jīng)過測試，其帶寬可以高達100GHz。“它天生就是一款低電容高帶寬開關(guān)！真正限制帶寬的是封裝，而不是封裝里面小小的MEMS開關(guān)器件。小尺寸能為電路設(shè)計帶來更大的想象空間。”Eric總結(jié)道。

“金手指”與驅(qū)動IC在同一塑料封裝中，封裝面積僅有5mmX4mm

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第四點突破在于其優(yōu)異性能，包括高帶寬、低插損、低功耗以及極高的線性度等。“帶寬可高達100GHz，開關(guān)導(dǎo)通電阻不到2歐姆，功耗典型值不超過20mW，IP3接近69dBm。”對于親手打造的產(chǎn)品，Eric如數(shù)家珍。

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目標(biāo)自動化測試設(shè)備，GO！GO！GO！

MEMS開關(guān)可以很好地應(yīng)用于自動化測試設(shè)備、射頻測試設(shè)備、國防、航空航天等應(yīng)用中，這些應(yīng)用對低插損性能要求很高，另外在儀器儀表中，有對從直流開始的高帶寬性能的需求。ADIRFMEMS開關(guān)這種完美的繼電器性能，對用戶的吸引力非常巨大，尤其在自動化測試設(shè)備中，前景廣闊。

ADI RF MEMS開關(guān)的目標(biāo)市場

Eric表示：“在ATE中典型應(yīng)用類似于濾波器開關(guān)，這些開關(guān)不僅需要直流通過能力，還需要射頻通過能力，很難為這些要求找到一種不錯而巧妙的開關(guān)解決方案。用戶一般會采用繼電器，但這些繼電器由于壽命問題經(jīng)常需要花成本進行更換。MEMS開關(guān)所具有的技術(shù)優(yōu)勢，包括運行能力、寬帶寬、小尺寸、高線性度、長壽命，恰好滿足了這類應(yīng)用需求。”