MEMS开关：四大突破技术实现传统开关的革命

ADI前不久发布一种可替代传统继电器方法的出色方案——MEMS开关，四大突破技术实现传统开关的革命。

近日，参与该项目设计的ADI公司高级应用工程师Eric Carty现身，揭秘了其中关键的“金手指”结构及工艺设计，匠心独具助MEMS开关首次实现性能指数级突破，革命性地推出0Hz(DC)至GHz开关解决方案。

到底“金手指”缘何如此神奇？揭秘开始……

>>>>黄金打造，金手指超级灵巧机敏

下图展示是被ADI工程师们私下称为金手指”的黄金悬梁臂。它结构小巧，仅厚6微米，如其绰号的意思，有5根手指（触点）。ADI投入了大量资金，研发镀金技术，借助专门的MEMS生产线打造这些高度一致的产品。

“金手指”采用静电动作方式，在悬臂梁下方施加高压直流电压，以控制开关导通。当导通时，静电吸引力将悬臂拉下来，全部5个触点都降下来，每个触点的导通电阻均为5欧姆，组合后，整体导通电阻会小很多，能让更大功率通过。经过测试，“金手指”的传输功率可达36dBm。

悬臂梁由黄金制造，不过金对金的接触设计不利于提升动作寿命，所以触点材料改用硬质合金金属，因此其使用寿命——即开关次数——得到了大幅提升。

“金手指”导通时的实际移动距离只有0.3微米，微小的移动距离、以及ADI专利的密封壳技术，均有助于提高可靠性，可靠性是机械设计的关键！参与设计“金手指”的ADI公司高级应用工程师Eric Carty表示——

“由四组‘金手指’构成的MEMS继电器产品可以实现10亿次的开关寿命，而机电继电器，一般是1000万至1亿次开关寿命。单就动作次数而言，这已称得上是开关领域最具革命性的突破，而突破远不止这一点。

Eric Carty

高级应用工程师

不止开关寿命，四大突破引领开关革命潮流1

MEMS开关需要高电压以静电力驱动开关。为使器件尽可能容易使用，并进一步保障性能，ADI公司设计了配套驱动器集成电路(IC)来产生高直流电压，其与MEMS开关共同封装于QFN规格尺寸中。

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Eric 指出：“过去，有人试着做过MEMS开关，但他们从来没有成功地在同一封装内部集成驱动器，这对于ADI来说却轻而易举。ADI公司在DC/DC转换器、电荷泵技术上有很多积累，我们把驱动器集成在内部，增强了易用性，改善了用户体验，这就是第二点突破。”

四组“金手指”

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封装，是第三点突破。ADI RF MEMS实现了固态开关一样的尺寸，高度只有1mm，封装面积5mmX4mm，比现有继电器小20倍。因为尺寸非常小，所以器件的实际寄生效应也非常小，在需要大带宽的情况下拥有先天优势，经过测试，其带宽可以高达100GHz。“它天生就是一款低电容高带宽开关！真正限制带宽的是封装，而不是封装里面小小的MEMS开关器件。小尺寸能为电路设计带来更大的想象空间。” Eric总结道。

“金手指”与驱动IC在同一塑料封装中，封装面积仅有5mmX4mm

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第四点突破在于其优异性能，包括高带宽、低插损、低功耗以及极高的线性度等。“带宽可高达100GHz，开关导通电阻不到2欧姆，功耗典型值不超过20mW，IP3接近69dBm。”对于亲手打造的产品，Eric如数家珍。

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目标自动化测试设备，GO！GO！GO！

MEMS开关可以很好地应用于自动化测试设备、射频测试设备、国防、航空航天等应用中，这些应用对低插损性能要求很高，另外在仪器仪表中，有对从直流开始的高带宽性能的需求。ADI RF MEMS开关这种完美的继电器性能，对用户的吸引力非常巨大，尤其在自动化测试设备中，前景广阔。

ADI RF MEMS开关的目标市场

Eric表示：“在ATE中典型应用类似于滤波器开关，这些开关不仅需要直流通过能力，还需要射频通过能力，很难为这些要求找到一种不错而巧妙的开关解决方案。用户一般会采用继电器，但这些继电器由于寿命问题经常需要花成本进行更换。MEMS开关所具有的技术优势，包括运行能力、宽带宽、小尺寸、高线性度、长寿命，恰好满足了这类应用需求。”