Преодоление разрыва между твердотельным и механическим: переключатель MEMS
Переключатель MEMS ADGM1004 от Analog Devices, выпущенный в ноябре, представляет собой высокопроизводительное решение для низкочастотных и высокочастотных приложений.
Переключатель, несомненно, является одним из самых фундаментальных электронных компонентов. В прошлом коммутаторы были помещены в одну из двух категорий: механические переключатели и твердотельные переключатели. (Я продолжу использовать универсальный термин «переключатель», хотя в этой статье мы более конкретно интересуемся реле -ie, переключатели, которые могут приводиться в действие через схему вместо физической силы.)
Оба типа имеют свои преимущества. Механические переключатели обеспечивают простоту и универсальность; вы в основном имеете дело с проводником, который либо устанавливает, либо не устанавливает нормальное электрическое соединение между двумя терминалами. Твердотельные переключатели представляют собой полупроводниковые устройства, которые позволяют протекать ток в зависимости от состояния входного сигнала. Они меньше, они предлагают более быстрое переключение и улучшают надежность, и они не отскакивают, но сопротивление на уровне выше, и я нахожу себя в недоумении от менее простых деталей реализации.
Войдите в MEMS. Устройство MEMS (микроэлектромеханические системы) использует функциональность как макроскопического, так и микроскопического мира, сочетая технологию IC с крошечными механическими элементами. Существуют MEMS гироскопы, акселерометры, микрофоны и переключатели.
Быстрое переключение с MEMS: время включения менее 30 мкс
В этой статье мы рассмотрим новый ADGM1004 (PDF) от Analog Devices. Это устройство SP4T, демонстрирующее высокую производительность, которое может быть достигнуто с помощью подхода MEMS для переключения с электрическим управлением.
От (Очень) Низкий до (Очень) Высокий Частота
ADGM1004 работает на частотах до 13 ГГц. Поэтому неудивительно, что приведенная выше блок-схема дает вам впечатление, что это более или менее RF-компонент. Тем не менее, он также работает на DC и всех частотах между ними. Таким образом, на самом деле это очень широкополосный коммутатор, который эффективен для радиочастотных приложений, а также, например, высокоточных интерфейсов низкочастотных датчиков.
Встроенный драйвер
Следующая диаграмма передает физическую структуру переключателя MEMS:
Соединение осуществляется путем применения электрического поля, достаточно сильного для перемещения кантилевера. Обратите внимание, что типичные механические реле используют магнитное, а не электростатическое поле; электростатический подход устраняет необходимость в индуктивном элементе.
Однако одно небольшое осложнение состоит в том, что напряжения, доступные из типичной цифровой схемы, недостаточно велики для включения коммутатора. Как обычно, технология IC позволяет среднему дизайнеру забыть об этой детали - ADGM1004 включает в себя схему драйвера на основе заряда, которая повышает сигналы управления до 80 В.
Вышеприведенная диаграмма указывает на неизбежное ограничение подхода MEMS к переключению: подумайте, насколько мал этот контактный зазор. Вы, конечно же, не можете ожидать высокого (или даже не столь высокого) напряжения в этом крошечном промежутке, но я думаю, что довольно очевидно, что эта часть предназначена для приложений с низким напряжением.
Что нужно помнить
В целом я думаю, что этот переключатель MEMS предлагает впечатляющую комбинацию механических и твердотельных характеристик. Однако подход MEMS не лишен недостатков.
Хотя технология MEMS обеспечивает более высокую надежность по сравнению с типичными механическими переключателями, вы должны знать о непрерывности работы ADGM1004 (PDF). В принципе, если вы оставите выключатель закрытым на (очень) долгое время, он может никогда не открыться снова. Предел здесь составляет около 7 лет. Поэтому откройте свой MEMS-коммутатор каждый год или два, и, надеюсь, все будет хорошо.
Другой режим отказа связан с проблемой «плавающего узла». Как вы знаете, входной терминал CMOS не может оставаться плавающим, поскольку заряд может нарастать и вызывать ложные переходы. Ну, ADGM1004 имеет аналогичную проблему. Узлы коммутатора не могут оставаться плавающими, поскольку накопление заряда может в конечном итоге привести к проблемам с приводом или даже к повреждению коммутатора. Это не то, о чем вам нужно беспокоиться с помощью обычного механического переключателя.
И последнее - не бросайте его. Из таблицы данных: «Если устройство упало во время обработки, не используйте устройство».
У вас есть опыт переключения MEMS »// www.analog.com/en/products/switches-multiplexers/analog-switches-multiplexers/mems-switches/adgm1004.html#product-overview" target = "_ blank"> Аналоговый Устройства. Рекомендуемое изображение используется с MEMX.