ESD-Schutz bis 5 kV
MEMS-Schalter für die Messtechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
ESD-Schutz integrieren
Ausgehend vom MEMS-Schalter ADGM1304 hat ADI den MEMS-Schalter ADGM1004 entwickelt, um durch die Integration von ESD-Schutztechnologie auf Halbleiterbasis das ESD-Verhalten an den HF-Ports zu verbessern. Der ESD-Wert nach dem Human Body Modell (HBM) für den HF-Port des Schalters ADGM1004 wurde auf 5 kV erhöht. Dieser hohe ESD-Schutz wird in der MEMS-Schalterbranche erstmals erreicht.
Der integrierte ESD-Schutz auf Halbleiterbasis ist eine proprietäre Technologie von ADI, die einen sehr hohen ESD-Schutz mit minimalen Auswirkungen auf die HF-Leistungsfähigkeit des MEMS-Schalters ermöglicht. Das ESD-Schutzelement im Gehäuse ist ebenfalls auf Bild 2 erkennbar. Zu sehen ist ein Die, der auf dem MEMS-Die aufgebracht ist, und die Bonddrähte zu den HF-Anschlüssen am Gehäuse. Diese sind optimiert für HF- und ESD-Leistungsfähigkeit. Zur Realisierung des ADGM1004 hat ADI drei proprietäre Lithografietechnologien mit Assembly- und einer MEMS-Capping-Technologie kombiniert.
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HF- und 0-Hz-/DC-Fähigkeit vereint
Der Hauptvorteil von MEMS-Schaltern ist, dass sie 0-Hz-DC-Genauigkeit und Breitband-HF-Leistung in einem SMD-Gehäuse mit winzigem Formfaktor vereinen. Bild 3 zeigt die gemessene Einfügungsdämpfung und die Trenn-Isolation für den MEMS-Schalter ADGM1004 mit SP4T-Konfiguration. Die Einfügungsdämpfung beträgt lediglich 0,45 dB bei 2,5 GHz und –3 dB Bandbreite bei bis zu 13 GHz.
Die HF-Belastbarkeit beträgt 32 dBm ohne Kompression und die IP3-Linearität (Third-Order Intercept Point) ist konstant 67 dBm typisch über die Frequenz ohne Leistungsminderung bei sehr niedrigen Frequenzen. Das MEMS-Schalterdesign des ADGM1004 ist also gut für 0Hz/DC-Präzisions- Applikationen geeignet. Tabelle 1 fasst die Spezifikationen zusammen.
Kleine Abmessungen sind eine ganz wesentliche Anforderung für die meisten Märkte. Bild 4 zeigt den Größenvergleich des SP4T-MEMS-Schalters ADGM1004 gegenüber einem elektromechanischen Relais mit DPDT-Konfiguration (zweipoliger Wechselschalter). Erreichbar ist eine Einsparung beim Bauvolumen von bis zu 95 %.
Die Zykluslebensdauer des ADGM1004 wurde charakterisiert, indem der Schalter unter HF-Leistung ständig umgeschaltet wurde (Hot Switching). Bild 5 zeigt die Lebensdauerwahrscheinlichkeit (Lifetime Probability) beim Hot Switching eines HF-Signals mit 2 GHz und 10 dBm. Die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall (T50) bei diesen Mustertests liegt im Bereich von 3,4 Milliarden Zyklen.
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