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射频集成电路设计—射频开关设计
来源:整理综合自《集成电路产业全书》 | 作者:Belle | 发布时间: 2022-07-03 | 274 次浏览 | 分享到:

射频开关(Radio Frequency Switch)是指可对射频信号通路进行导通和截止控制的射频元件,其性能主要由隔离度、工作带宽、插入损耗、开关时间、功率容量、输入驻波比和使用寿命等参数表征。根据开关选择通路的不同可构成多种不同的开关形态,其中3种典型的开关形态如图5-39所示。



射频开关可分为机电式射频开关、固态射频开关和MEMS射频开关。


机电式射频开关是通过射频继电器实现对射频信号通路的通断控制,具有插入损耗低、隔离度高、抗静电放电性能好、功率容量大等特点,但其体积较大、速度慢、寿命短,而且与射频电路集成困难,主要应用于仪表、大功率多波束天线系统等。


固态射频开关包括二极管射频开关和场效应管射频开关。二极管射频开关是两端口器件,对于射频信号,其等效为一个线性电阻,阻值由直流偏置决定:正偏时,阻抗很小,开关导通;反偏时,开路截止,阻抗很大。场效应管射频开关则是三端口器件,由栅极进行通断控制,包括GaAs pHEMT射频开关和CMOS射频开关。与二极管射频开关相比,场效应管射频开关具有偏置电路简单、易于集成等特点。


MEMS射频开关,分为电容式和接触式两种基本类型。电容式开关使用空气桥结构(Air Bridge Structure),通过调节电容,实现开关的导通和截止。接触式开关采用悬臂结构( Cantilever Structure),通过外加电压控制悬臂接触和断开状态,实现射频开关的导通和截止。MEMS射频开关具有插损低、线性度好和带宽大的特点,但是由于通过微机械结构实现导通和截止,其开关时间较长,使用寿命较短。


在具体应用中,根据使用安装形式,射频开关可以分为并联开关、串联开关和混合型开关;根据功能,射频开关可以分为通断开关和选择开关。


在早期的无线通信及雷达系统中,使用机电式射频开关,体积大、速度慢。20世纪60年代初以后,二极管射频开关被用作射频收发开关和移相器,有效改善了射频开关的体积和速度,成为替代机电式射频开关的主流技术,目前仍然在相控阵雷达等系统中使用。1980 年前后,基于GaAs pHEMT的场效应管射频开关在中低功率应用中逐步替代了二极管射频开关。20 世纪90年代末期,随着CMOS工艺的发展,CMOS射频开关研发得到更多的关注。2007 年,英飞凌公司研发了CMOS SOI射频开关产品。2000 年前后开始研究MEMS射频开关,由于其特有的优势,发展前景一直被看好,但由于封装和可靠性等方面的问题还没