磁簧继电器无信号失真问题,适合射频应用

上网时间: 2004年08月29日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:射频? 磁簧继电器? 信号失真?

射频元件的应用仍在继续增长,不仅在传统的军用市场,而且在商业、工业、医疗和汽车市场也是如此。随着模拟信号的频率不断升高,以及数字信号的速度不断加快,人们需要在不同的传输路径上开关这些信号。虽然基于砷化镓的开关用于处理高速信号已有多年,但目前开关频率高达10GHz的快速信号有了另外一种选择:磁簧继电器。

磁簧继电器的外形类似于同轴电缆。由磁簧管构成中心导体,外面的玻璃套把中心导体与同轴屏蔽隔开。早期的磁簧继电器体积较大,没人认为它适合射频应用。但是,随着其尺寸不断缩小,它们的信号路径也缩短至更适合射频信号的短波长要求,而且最关键的是其信号与屏蔽层间电容大幅下降,射频性能得到很大改善。现代磁簧继电器和磁簧开关的长度仅为5mm甚至更短,当磁簧处于开通状态时,信号与屏蔽层间电容已降至0.5pF。

就其本身特性而言,磁簧继电器不存在高频电子开关普遍面临的信号失真问题。在测试与测量领域,特别对于IC测试仪和晶圆测试仪来说,由于具有并列的高开关点数,漏电流就成为真正的问题。用于处理快速数字脉冲的磁簧继电器的漏电流极低,为0.1pA数量级或者更低。目前其它技术都达不到这样的水平。HSPACE=12 ALT="图题:现代磁簧继电器的长度仅为5mm甚至更短">

磁簧继电器的性能特点

磁簧继电器的尺寸小,信号路径最短,可以改善射频和快速数字脉冲特性,而且其镀金信号路线具有高传导性,并使射频损失降至最低。它的无引线框设计消除了引线歪斜和共面问题。由于没有内部焊接连接,因此消除了焊接期间潜在的内部焊料回流,可以在回焊工艺中经受2600C的温度。在磁簧继电器内部设有磁屏蔽功能,消除了在紧凑的二维和三维矩阵中的磁耦合。此外,坚固的陶瓷/热固塑料铸模封装,消除了对于环境条件变化的敏感性。它还可以采用BGA封装。

微型磁簧继电器适合于各种应用,它们包括:集成电路测试仪、晶圆测试仪、功能PCB测试仪和万用表前端中的各种应用,这些应用要求低于1μV的电压补偿和小于1pA的漏电流;要求高频、低漏电流和高电压绝缘的反馈回路;示波器中的高速开关;手机、传呼机和PDA等便携产品中的高频衰减器以及发射机/接收机开关等。

插入损耗是功率通过继电器时发生的损失,它是最重要的射频指标之一,因为它可以反映经过元件(磁簧继电器)的信号损失情况。对于多数应用来说,使这种损失最小化具有重要意义。当利用半导体作为开关元件时,可能会出现信号失真,增大频率响应的扭曲。但如果利用磁簧继电器这样的无源器件,则不存在这样的问题。这种较低的插入损耗允许用户开关和传输大量不同频率或不同宽度的数字脉冲,且不必利用面向不同频率的多种开关。

对于较高的频率,人们一直认为磁簧继电器不会有非常好的性能特点。通常认为主要问题出在趋肤效应(Skin effect),因为它采用镍/铁作为它的中央导体,而镍和铁都是铁磁体,具有较高的导磁性。但实际情况不是这样,当利用一个纯铜线代替磁簧继电器的开关时,其插入损耗性能几乎没有什么变化。在高功率条件下,某些差异可能比较显著,但对于多数的较低功率应用来说,磁簧继电器在频率不超过7GHz时,性能可与传输线媲美。

隔离性是元件防止射频信号在电路中继续扩散的能力。对于磁簧继电器来说,隔离是阻止信号在开通状态时继续前进的能力。当然,在射频能量一定时,断路不会完全断开,因为触点上的电容就是泄漏途径;在频率足够高时,一定会出现这种情况。

射频继电器非常适合于开关和传输频率高达7GHz甚至更高的射频信号。当前正在努力改善的10GHz和更高频率的性能特点,正是业界致力于开发新型射频继电器、推动目前宽带和先进技术的努力的一部分。由于传输信号所用频率越来越高,将需要更多新型的射频应用磁簧继电器,以及不断改进现有产品的性能。

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