eng
Выпуск #4/2021
В. Кочемасов, А. Сафин, С. Дингес
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ КОММУТАЦИИ. Часть 4
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ КОММУТАЦИИ. Часть 4
Просмотры: 1832
DOI: 10.22184/1992-4178.2021.205.4.104.115
Рассмотрены твердотельные СВЧ-переключатели с высокой скоростью коммутации. Приведена информация об интегральных переключателях на основе кремниевых технологий КНИ и КНС, а также переключателях, управляемых по USB- и SPI-интерфейсам.
Рассмотрены твердотельные СВЧ-переключатели с высокой скоростью коммутации. Приведена информация об интегральных переключателях на основе кремниевых технологий КНИ и КНС, а также переключателях, управляемых по USB- и SPI-интерфейсам.
Теги: frequency range input power insertion loss isolation solid state microwave switch switching time вносимые потери время переключения входная мощность диапазон частот развязка твердотельный свч-переключатель
Твердотельные СВЧ-переключатели с высокой скоростью коммутации. Часть 4
В. Кочемасов, к. т. н., А. Сафин, к. т. н., С. Дингес, к. т. н.
В первых трех частях статьи, опубликованных в десятом за 2020 год, первом и третьем за 2021 год номерах журнала «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес», было рассказано о pin-диодных переключателях в различных исполнениях и нескольких типах переключателей на полевых транзисторах. В данном номере рассматриваются интегральные переключатели на основе кремниевых технологий КНИ и КНС, а также переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам.
Интегральные переключатели на основе кремниевых технологий КНИ и КНС
В предыдущих разделах были рассмотрены твердотельные переключатели, реализованные на pin-диодах, арсенид-галлиевых и нитрид-галлиевых полевых транзисторах. Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и недостатки. К сожалению, ни одна их них не удовлетворяет полностью требованиям, предъявляемым со стороны нового поколения систем мобильной связи и радиолокации.
Так, в системах мобильной связи появление все новых и новых стандартов (от 1G до 6G) постоянно усложняет структуру антенных переключателей за счет увеличения числа используемых портов (уже в стандарте 4G число портов достигает 30), введения в их состав нескольких многопозиционных переключателей, низкочастотных и полосовых фильтров, а также диплексоров.
В радиолокации постоянно растет спрос на приемо-передающие модули, являющиеся составной частью АФАР. Каждый из таких приемо-передающих модулей, помимо нескольких переключателей, включает в себя управляемые цифровыми кодами аттенюатор и фазовращатель, а также малошумящий и среднемощный усилители.
Эти обстоятельства, а также то, что потенциальная потребность в антенных переключателях для мобильной связи и приемо-передающих модулей для РЛС исчисляется миллионами и миллиардами штук привело к тому, что около 20 лет тому назад разработчики вновь обратили внимание на старую технологию КМОП, которая после ее усовершенствования стала на рынке беспроводной связи и радиолокации доминирующей.
КМОП-изделия, появившиеся в середине прошлого столетия, имеют исключительно низкую стоимость, просты в разработке и отличаются чрезвычайно низкими токами потребления по цепям управления. Важно также и то, что для управления ими требуется лишь одно напряжение положительной полярности. Главным недостатком изделий, выполненных по стандартной КМОП-технологии, является высокая проводимость кремниевых подложек, затрудняющая реализацию на них переключателей в широкой полосе частот с высокой входной мощностью, низкими вносимыми ослаблениями, высокими развязками и малыми временами коммутации.
Справедливости ради следует отметить, что, несмотря на высокую проводимость подложек, стандартная КМОП-технология, получившая название bulk CMOS, до сих пор используется для создания переключателей с вполне приемлемыми характеристиками. Об этом свидетельствуют как многочисленные научные публикации, например [29], так и созданные некоторыми компаниями в эти годы отдельные модели переключателей. Однако наиболее перспективными стали переключатели на основе КМОП-технологий, в которых используются подложки с низкой проводимостью.
Первый шаг по устранению присущих стандартной КМОП-технологии недостатков был сделан в 1961 году компанией Rockwell, предложившей использовать обладающие низкой проводимостью сапфировые подложки. Эта технология получила название «кремний на сапфире» (КНС). Дальнейшее ее развитие было связано с компанией Peregrine Semiconductors (pSemi) (ныне – Murata), которая приложила значительные усилия по ее совершенствованию, в том числе и применительно к разработке переключателей (табл. 17).
Интерес к этой технологии был связан еще и с тем, что она обеспечивает высокую радиационную стойкость, необходимую при использовании переключателей в космической и ракетной технике. К настоящему времени эта технология стала вполне конкурентной с арсенид-галлиевой технологией в космических применениях.
Впоследствии компания CEL предложила использовать технологию «кремний-на-изоляторе» (КНИ), в которой вместо дорогих сапфировых подложек стали использовать дешевые кремниевые материалы с нанесенным на них изолирующим слоем, позволяющим избежать недостатков, присущих технологии bulk CMOS, и увеличить добротность размещаемых на подложке пассивных компонентов. Первым коммерческим изделием, выполненным по этой технологии, стал SPDT-переключатель UPD5710TK компании CEL. В дальнейшем совершенствованием этой технологии занимались компании Analog Devices, Qorvo, IDT, Mini-Circuits, Skyworks Solutions (табл. 18).
Использование этих двух технологий позволило существенным образом расширить диапазон рабочих частот, получить при необходимости высокие скорости коммутации, уменьшить вносимое ослабление, увеличить развязку. В качестве дополнительных преимуществ удалось обеспечить исключительно низкую стоимость изделий, особенно выполненных по технологии КНИ КМОП, и чрезвычайно низкую чувствительность (1–10 кВ) обеих технологий к электростатическим воздействиям.
Все эти улучшения характеристик переключателей стали следствием снижения сопротивления замкнутых контактов переключателя Ron и емкости разомкнутых контактов Coff, а значит, и их произведения Ron · Coff, характеризующего предельные возможности переключателей, выполненных по различным технологиям (табл. 19) [22, 30–36].
Разработанная в 2008 году компанией IBM технология производства микроконтроллеров CSO17RF [36] была доработана под задачи изготовления переключателей и обеспечила Ron · Coff = 210 фс, а напряжение пробоя Vbr = 3,7 В. В 2013 году удалось уже получить Ron · Coff = 140 фс и Vbr = 4,7 В. Новая технология IBM CSO17SW позволила снизить Ron · Coff до 115 фс и поднять Vbr до 5,5 В. К настоящему времени эти показатели существенно улучшены (см. табл. 19).
Отметим также, что наряду с рассмотренными в статье технологиями создания СВЧ-переключателей появились и другие технологии: SiGe HBT, InGaAs mHEMT, SiGe BiCMOS (см. табл. 19), которые со временем, возможно, будут использоваться для создания промышленных изделий.
Высокие коммутируемые мощности в КНС- и КНИ-переключателях достигаются двумя способами. Первый из них – это совершенствование технологического процесса (см. табл. 19). Второй – групповое включение полевых транзисторов (см. рис. 25), при котором пробивное напряжение увеличивается пропорционально числу используемых активных элементов.
Применение группового включения транзисторов заметно усложняет структуру антенных переключателей, используемых в мобильных телефонах, базирующихся на стандартах 4G, 5G, 6G. Реально выпускаемые антенные переключатели для этих стандартов реализуются на многопозиционных структурах SPMT, где M = 8, 10, 12, 14, 16 (см. табл. 17 и 18). В data sheets структура таких антенных переключателей не раскрывается. Однако сведения об их устройстве можно найти в научных публикациях. Так, в [37] приведены результаты разработки и экспериментального исследования антенного SP10T-переключателя, рассчитанного на работу в GSM (0,85 / 0,90 ГГц) и WCDMA (1,8 / 1,9 ГГц) диапазонах. Это изделие реализуется по 0,18 мкм КНИ КМОП технологии и обеспечивает в режиме GSM компрессионную мощность P1 дБ = 35 дБм в диапазоне 0,8–0,9 ГГц и 33 дБм в диапазоне 1,8–1,9 ГГц. Передатчики в WCDMA-каналах имеют компрессионную
мощность P1 дБ = 26 дБм.
Упрощенная схема такого SP10T приемопередающего переключателя включает в себя 22 группы полевых транзисторов (рис. 33) [37]: stack A, stack B, stack C, stack D, stack E и stack F. Число полевых транзисторов в группах разное – от 6 до 12 (рис. 34). Общее количество полевых транзисторов в этом антенном переключателе равно 164.
Разработанный переключатель обладает высокой линейностью и обеспечивает защиту от статического электричества 8,5 кВ (НВМ).
Отметим, что в промышленно выпускаемых переключателях применяются как КНС КМОП (см. табл. 17), так и КНИ КМОП (см. табл. 18) технологии. Наибольшее число каналов на сегодняшний день удалось реализовать компании Skyworks Solutions в изделии SKY13442-21, предназначенном для подключения 16 передатчиков к антенне для обеспечения работы в стандартах LTE, UMTS, CDMA2000, EDGE, GSM, TDD-LTE, TD-SCDMA.
Анализ табл. 17 и 18 показывает, что малое время переключения обеспечивают изделия, выполненные как по КНС, так и по КНИ КМОП технологиям. Некоторые кремниевые SPST- и SPDT-переключатели отличаются чрезвычайно малыми (единицы наносекунд) значениями длительностей фронта и спада (см. табл. 17 и 18). Такие переключатели могут использоваться в качестве модуляторов. Например, в изделии ADG901-EP компании Analog Devices времена нарастания Tr и спада Tf равны 2,8 и 5,1 нс соответственно. Существенно меньшие времена Tr = 300 пс и Tf = 360 пс были достигнуты при разработке SP4T-переключателя, рассчитанного на диапазон частот 0–70 ГГц, выполненного по 0,13 мкм bulk CMOS IBM8HP технологии [38]. Моделирование формы радиоимпульса (рис. 35) в этом переключателе было выполнено на частотах 20, 40 и 60 ГГц [38].
Характер переходных процессов при смене одного состояния на другое в различных моделях может существенно различаться. В изделиях компании IDT эти отличия могут быть значительными (рис. 36). Представляют также интерес наложенные друг на друга осциллограммы напряжений на первом и третьем выходах многопозиционного SP4T-переключателя ADG904 компании Analog Devices при коммутации входного сигнала с первого выхода на третий (рис. 37).
Времена переключения в конкретных изделиях зависят как от требований, заданных при их разработке, так и от факторов, влияющих на них в процессе эксплуатации, к которым прежде всего относятся напряжение питания и температура (рис. 38), влияние которых весьма заметно.
Важным преимуществом кремниевых технологий перед арсенид-галлиевыми является существенно меньшее время установления Tset. Так, в изделиях HMC540 и HMC540S, изготовленных компанией Analog Devices по этим технологиям [39], при одинаковых требованиях ко всем остальным характеристикам, времена установления оказались равными 8 и 1 мкс соответственно (рис. 39). Сравнимые характеристики Tr = Tf = 100 нс, Ton = Toff = 232 нс, Tset = 870 нс обеспечиваются и в SP12T-переключателе PE426412 компании pSemi, работающем в диапазоне частот 0,01–8,0 ГГц.
Надо также отметить исключительно низкие значения времени установления Tset в изделиях PE42525 (Tset = 48 нс), ADRF5020 (Tset = 15–20 нс) и ADRF5024 (Tset = 17–22 нс), выполненных по КНС КМОП (см. табл. 17) или КНИ КМОП (см. табл. 18) технологиям.
В ряде описаний переключателей, производимых компанией IDT, приводятся зависимости обратных потерь RL(t) и КСВН(t) на трех портах (RFc, RF1, RF2) этого изделия во время их коммутации. Значения этих величин во время переходных процессов на 500‑нс временном интервале на этих портах существенно отличаются от своих стационарных значений (рис. 40), что необходимо учитывать разработчикам при проектировании изделий, включающих твердотельные переключатели.
Анализируя табл. 17 и 18, можно отметить, что как в КМОП КНС переключателях, так и в КМОП КНИ переключателях достигнут чрезвычайно высокий уровень характеристик. Так в SPDT-переключателе ADRF5020 (компания Analog Devices) в рабочем диапазоне частот 0,1–30 ГГц компрессионная мощность по уровню 0,1 дБ составила 0,4 Вт при развязке 65–70 дБ и временах нарастания и спада 2 нс, а в SPDT-переключателе PE42525 в диапазоне частот 9 кГц – 60 ГГц компрессионная мощность достигает 3,2 Вт при развязке 80–36 дБ и временах нарастания и спада 3 нс. Проводя сравнение с переключателями, выполненными по другим технологиям, отметим, что эти результаты на сегодняшний день являются наивысшим достижением.
Нужно также отметить исключительно высокую степень интеграции КМОП-изделий. В зависимости от их сложности площадь кристаллов может меняться от нескольких сотых долей квадратного миллиметра до 1–3 мм2. Так, рассмотренный в этом разделе КНИ КМОП антенный переключатель (см. рис. 33), реализованный на 164 полевых транзисторах, выполнен на кристалле размером всего 0,85 мм2. В промышленно выпускаемых переключателях чаще всего применяются QFN-корпуса с размерами 2 × 2 и 4 × 4 мм.
Переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам
Любое производство, а в особенности массовое, предполагает проведение различного рода измерений. Одними из наиболее часто применяемых при измерении и тестировании различных компонентов являются переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам (табл. 20). Рынок этих изделий постоянно расширяется. Основными производителями таких переключателей являются компании Vaunix, Telemakus и Mini-Circuits, а в последнее время и Qotana Technologies, вышедшая на рынок с линейкой USB-переключателей SPST…SP8T конфигураций. Большая часть этих изделий обеспечивает малое (<500 нс) время коммутации, значительную (60–80 дБ) развязку, а в отдельных случаях и достаточно высокий (до 100 Вт) уровень коммутируемой мощности. Некоторые из этих моделей работают в диапазонах частот до 20 ГГц и даже до 50 ГГц. Процесс включения / выключения в SPDT-переключателе P2T‑500M40G-USB компании PMI иллюстрируется осциллограммами (рис. 41). Внешний вид этих переключателей отличается значительным разнообразием (рис. 42). Так, некоторые модели (см. рис. 42) поставляются с USB-кабелем. Компания Mini-Circuits выпускает переключатели с управлением как по USB-, так и по SPI-интерфейсам.
Сравнительный анализ рассмотренных переключателей
СВЧ-переключатели являются на рынке компонентов одним из наиболее востребованных видов изделий. Это касается не только номенклатуры, но и количества производимых переключателей, которые поставляются для средств мобильной связи и радиолокации многомиллионными партиями.
В промышленном исполнении эти изделия выпускаются на Si и GaAs pin-диодах и на полевых транзисторах по технологиям GaAs, GaN и КМОП.
Переключатели на pin-диодах производятся уже в течение 5–6 десятилетий в основном в модульном исполнении и будут востребованы и в дальнейшем, прежде всего в тех задачах, где требуются высокие мощности, частоты и скорости коммутации. Стоимость этих изделий весьма высока, что прежде всего связано с высокой трудоемкостью и технологическими особенностями их изготовления.
Арсенид-галлиевые переключатели на полевых транзисторах, отличающиеся относительно невысокой стоимостью в интегральном исполнении, будут прежде всего использоваться для космических применений, благодаря их высокой стойкости к радиации.
Переключатели на нитрид-галлиевых полевых транзисторах будут востребованы в тех задачах, где требуются высокая мощность, малые габариты, высокая надежность и радиационная стойкость. Роль этих изделий может существенно возрасти с появлением на рынке нитрид-галлиевых полевых транзисторов с пробивным напряжением более 200 В. Цена этих изделий может быть весьма высокой.
Интегральные КМОП-изделия уверено заняли рынок переключателей, используемых в средствах мобильной связи и радиолокации, причем изделия по технологии КНС КМОП, отличающиеся высокой радиационной стойкостью, оптимально подходят для космического применения, а дешевые КНИ КМОП изделия – для систем связи и радиолокации, где требуемые количества оцениваются миллионами и миллиардами штук. Важной для многих применений является высокая стойкость КМОП-изделий к статическому электричеству, достигающая 10 и более киловольт.
Помимо упомянутых технологий, используемых в промышленно выпускаемых моделях, в научных публикациях представлены и другие, которые в будущем, возможно, будут использованы и в коммерческих изделиях. Здесь прежде всего надо упомянуть изделия на SiGe биполярных [40] и особенно на HBT [41, 42] транзисторах. Последние из них имеют произведение Ron · Coff = 83,7 фс, работают в широкой (80–170 ГГц) полосе частот, отличаются исключительно малой площадью кристаллов (0,213 мм2) и малыми временами нарастания Tr = 25 пс и спада Tf = 50 пс [43].
Результаты исследований нескольких вариантов исполнения SPDT-переключателей, выполненных по 50‑нм технологии InGaAs mHEMT (metamorphic high electronic-mobility transistor) показывают возможность создания изделий с частотами до 330 ГГц, в которых произведение Ron · Coff = 110,3 фс [31].
С целью объективной оценки достижимых значений характеристик высокоскоростных переключателей, выполненных по различным технологиям, в табл. 21 были собраны предельные (максимальные и минимальные) значения показателей промышленно выпускаемых изделий из табл. 1–12, 14–18. Из табл. 21 следует, что наибольшие входные частоты достигаются в GaAs pin-диодных переключателях (включая волноводные изделия), арсенид-галлиевых изделиях на полевых транзисторах и в КМОП-переключателях.
Кремниевые pin-диодные и GaN-переключатели обладают по этому показателю не столь высокими характеристиками. Однако по уровню допустимой входной мощности эти два вида изделий являются безусловными лидерами.
Вносимые потери и развязка в значительной степени зависят от диапазона рабочих частот, уровня входной мощности и схемотехнических решений. Отличие этих показателей в переключателях, выполненных по различным технологиям, невелико.
Наибольшие скорости переключения достигаются в pin-диодных модульных изделиях, интегральных переключателях на GaAs pin-диодах, волноводных переключателях, интегральных и модульных переключателях, выполненных по GaAs PHEMT технологии, а также в КМОП-изделиях. Несколько худшими характеристиками по этому показателю обладают интегральные изделия на кремниевых pin-диодах и нитрид-галлиевые переключатели в интегральном и модульном исполнениях.
Литература
Геворкян В., Кочемасов В. Ферритовые переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2020. № 6. C. 90–94; № 9. С. 122–131.
Кочемасов В. Электромеханические переключатели ВЧ / СВЧ-сигналов – основные типы и производители // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2016. № 7. С. 114–121; № 8. С. 96–106; № 9. С. 128–134.
Кочемасов В., Майстренко А. СВЧ-переключатели на основе МЭМС // СВЧ-электроника. 2016. № 1. С. 36–42.
Кочемасов В., Кирпиченков А. Твердотельные СВЧ-переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017. № 10. С. 92–97; 2018. № 1. С. 116–124; 2018. № 2. С. 150–163.
Кочемасов В., Рауткин Ю. Интегральные СВЧ-переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2018. № 4. С. 122–127; № 5. С. 152–163; № 6. С. 80–93.
Кочемасов В., Дингес С., Шадский В. Твердотельные СВЧ-переключатели средней и большой мощности // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2019. № 8. С. 108–112; № 9. С. 116–130; № 10. С. 82–94; 2020. № 1. С. 142–151.
Freeston A., Boles T., Varmazis C. Speedy Switches Minimize Gate Lags // Microwave & RF. March 2010. PP. 98–102.
Understanding RF / Microwaves Solid State Switches and their Applications. Application Note. – Agilent Technologies.
Agilent U9397A / C FET Solid State Switches (SPDT) Technical overview. Agilent Technologies.
U9400A / C Solid State FET Transfer Switches. Technical overview. – Keysight Technologies.
Switches. – Каталог компании General Microwave.
Blair E., Farrington K., Tubbs K. Selecting the Right RF Switch. – Каталог компании Daico Industries. PP. 253–262.
Microwave Switches. – Каталог компании Elisra.
Chinoy P., Jain N., Li P., et al. Manufacture of Low-Loss Microwave Circuits using HMIC Technology // IEEE MTT-S Digest. 1994. PP. 1137–1140.
Heston D. D., Seymour D. J., Zych D. 100 MHz to 20 GHz Monolitchic Single-Pole, Two-, Three-, and Four-Throw GaAs PIN Diode Switches. – 1991 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 429–432.
Баров А., Гущин С. GaAs МИС PIN диодного двухпозиционного коммутатора // Chip News. 2008. № 1. С. 50–51.
Alekseev E., Pavlidis D., Ziegler V. 77 GHz High-Isolation Coplanar Transmit-Receive Switch Using InGaAs / InP PIN Diodes. – 1998 IEEE GaAs IC Symposium.
Lam K., Ding H., Liu X. et al. Wideband Millimeter Wave PIN Diode SPDT Switch using IBM 0.13 µm SiGe Technology. – Proceeding of the European Microwave Integrated Circuit Conference. 2007. PP. 108–111.
Song P., Schmid R. L., Ulusoy A. C., Cressler J. D. A High-Power, Low Loss W-band SPDT Switch Using SiGe PIN Diodes. – IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. 2014. PP. 195–198.
Yang J. G., Yang K. High-Linearity K-band Absorptive-Type MMIC Switch Using GaN PIN-Diodes // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2013. V. 23, No. 1, PP. 37–39.
Boles T., Freeston A. New NanoSecond Switch Technology // Microwave Journal. June 2010. PP. 56–60.
Campbell C. F., Dumka D. C. Wideband High Power GaN on SiC SPDT Switch MMICs. 2010 IEEE MTT-S International Microwave Symposium. PP. 145–148.
Ma B. Y., Boutros K. S., Hacker J. B. et al. High Power AlGaN / GaN Ku-band MMIC SPDT Switch and Design Consideration. – 2008 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 1473–1476.
Gotch D. A Review of Technological Advances in Solid-State Switches // Microwave Journal. November 2007. PP. 24–34.
Vye D., Pelletier L., Theeuwen S. et al. The New Power Brokers: High Voltage RF Device // Microwave Journal. June 2009. PP. 22–40.
GaN Swicthes Enable Hot Switching at Higher Power // Microwave Journal. January 2012. PP. 134–136.
GaN MMIC Switch Handles 40 W from DC to 6 GHz // Microwave Journal. November 2011. PP. 132–134.
Vye D. Divine Innovation: 10 Technologies Changing the Future of Passive and Control Components // Microwave Journal. November 2011. PP. 22–42.
Chang H.-Y., Chan C.-Y. A Low Loss High Isolation DC‑60 GHz SPDT Travelling-Wave Switch with a Body Bias Technique in 90 nm CMOS Process // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. V. 20. No. 2. PP. 82–84.
Bahl I. G. Control Components Using Si, GaAs, and GaN Technologies. 2014.
Thome F., Ambacher O. Highly Isolating and Broadband Single-Pole Double-Throw Switches for Millimeter-Wave Applications Up to 330 GHz // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. V. 66. No. 4. PP. 1998–2009.
Shu R., Tang A., Drouin B. et al. A 54–84 GHz CMOS SPST Switch with 35 dB Isolation. 2015 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. PP. 15–18.
Hindle P. The State of RF / Microwave Switches // Microwave Journal. Nov. 2010. PP. 20–36.
Tombak A., Carroll M. S., Kerr D. C. et al. Design of High-Order Switches for Multimode Applications on a Silicon-on-Insulator Technology // Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2013. V. 61. No. 10. PP. 3639–3649.
Ulusoy A. C., Song P., Schmid R. L. et al. A Low-Loss and High Isolation D-Band SPDT Switch Utilizing Deep-Saturated SiGe HBTs // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2014. V. 24. No. 6. PP. 400–402.
Jaffe M., Abou-Khalil M., Botula A. et al. Improvements in SOI Technology for RF Switches. – 2015 IEEE 15th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems. PP. 30–32.
Wang X. S., Wang X., Lu F. et al. Concurrent Design Analysis of High-Linearity SP10T Switch With 8.5 kV ESD Protection // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2014. V. 49. No. 9. PP. 1927–1941.
Centinoneri B., Atesal Y. A., Rebeiz G. М. A Miniature DC‑70 GHz SP4T Switch in 0.13 µm CMOS. – 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 1093–1096.
Bayrakci B. RF and MW Control Products in Silicon. – Analog Devices.
Hancock T. M., Rebeiz G. M. Design and Analysis of a 70‑ps SiGe Differential RF Switch // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. V. 53. No. 7. PP. 2403–2410.
Schmid R. L., Song P., Coen C. T. et al. On the Analysis and Design of Low-Loss Single-Pole Double-Throw W-Band Switches Utilizing Saturated SiGe HBTs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2014. V. 62. No. 11. PP. 2755–2767.
Ulusoy A. C., Schmid R. L., Kaynak M. et al. High-Performance W-band LNA and SPDT Switch in 0.13µm SiGe HBT Technology. – IEEE, RWS 2015. PP. 162–164.
Thian M., Fusco V. F. Ultrafast Low-Loss 42–70 GHz Differential SPDT Switch in 0.35 mm SiGe Technology // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. V. 60. No. 3. PP. 655–659.
В. Кочемасов, к. т. н., А. Сафин, к. т. н., С. Дингес, к. т. н.
В первых трех частях статьи, опубликованных в десятом за 2020 год, первом и третьем за 2021 год номерах журнала «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес», было рассказано о pin-диодных переключателях в различных исполнениях и нескольких типах переключателей на полевых транзисторах. В данном номере рассматриваются интегральные переключатели на основе кремниевых технологий КНИ и КНС, а также переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам.
Интегральные переключатели на основе кремниевых технологий КНИ и КНС
В предыдущих разделах были рассмотрены твердотельные переключатели, реализованные на pin-диодах, арсенид-галлиевых и нитрид-галлиевых полевых транзисторах. Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и недостатки. К сожалению, ни одна их них не удовлетворяет полностью требованиям, предъявляемым со стороны нового поколения систем мобильной связи и радиолокации.
Так, в системах мобильной связи появление все новых и новых стандартов (от 1G до 6G) постоянно усложняет структуру антенных переключателей за счет увеличения числа используемых портов (уже в стандарте 4G число портов достигает 30), введения в их состав нескольких многопозиционных переключателей, низкочастотных и полосовых фильтров, а также диплексоров.
В радиолокации постоянно растет спрос на приемо-передающие модули, являющиеся составной частью АФАР. Каждый из таких приемо-передающих модулей, помимо нескольких переключателей, включает в себя управляемые цифровыми кодами аттенюатор и фазовращатель, а также малошумящий и среднемощный усилители.
Эти обстоятельства, а также то, что потенциальная потребность в антенных переключателях для мобильной связи и приемо-передающих модулей для РЛС исчисляется миллионами и миллиардами штук привело к тому, что около 20 лет тому назад разработчики вновь обратили внимание на старую технологию КМОП, которая после ее усовершенствования стала на рынке беспроводной связи и радиолокации доминирующей.
КМОП-изделия, появившиеся в середине прошлого столетия, имеют исключительно низкую стоимость, просты в разработке и отличаются чрезвычайно низкими токами потребления по цепям управления. Важно также и то, что для управления ими требуется лишь одно напряжение положительной полярности. Главным недостатком изделий, выполненных по стандартной КМОП-технологии, является высокая проводимость кремниевых подложек, затрудняющая реализацию на них переключателей в широкой полосе частот с высокой входной мощностью, низкими вносимыми ослаблениями, высокими развязками и малыми временами коммутации.
Справедливости ради следует отметить, что, несмотря на высокую проводимость подложек, стандартная КМОП-технология, получившая название bulk CMOS, до сих пор используется для создания переключателей с вполне приемлемыми характеристиками. Об этом свидетельствуют как многочисленные научные публикации, например [29], так и созданные некоторыми компаниями в эти годы отдельные модели переключателей. Однако наиболее перспективными стали переключатели на основе КМОП-технологий, в которых используются подложки с низкой проводимостью.
Первый шаг по устранению присущих стандартной КМОП-технологии недостатков был сделан в 1961 году компанией Rockwell, предложившей использовать обладающие низкой проводимостью сапфировые подложки. Эта технология получила название «кремний на сапфире» (КНС). Дальнейшее ее развитие было связано с компанией Peregrine Semiconductors (pSemi) (ныне – Murata), которая приложила значительные усилия по ее совершенствованию, в том числе и применительно к разработке переключателей (табл. 17).
Интерес к этой технологии был связан еще и с тем, что она обеспечивает высокую радиационную стойкость, необходимую при использовании переключателей в космической и ракетной технике. К настоящему времени эта технология стала вполне конкурентной с арсенид-галлиевой технологией в космических применениях.
Впоследствии компания CEL предложила использовать технологию «кремний-на-изоляторе» (КНИ), в которой вместо дорогих сапфировых подложек стали использовать дешевые кремниевые материалы с нанесенным на них изолирующим слоем, позволяющим избежать недостатков, присущих технологии bulk CMOS, и увеличить добротность размещаемых на подложке пассивных компонентов. Первым коммерческим изделием, выполненным по этой технологии, стал SPDT-переключатель UPD5710TK компании CEL. В дальнейшем совершенствованием этой технологии занимались компании Analog Devices, Qorvo, IDT, Mini-Circuits, Skyworks Solutions (табл. 18).
Использование этих двух технологий позволило существенным образом расширить диапазон рабочих частот, получить при необходимости высокие скорости коммутации, уменьшить вносимое ослабление, увеличить развязку. В качестве дополнительных преимуществ удалось обеспечить исключительно низкую стоимость изделий, особенно выполненных по технологии КНИ КМОП, и чрезвычайно низкую чувствительность (1–10 кВ) обеих технологий к электростатическим воздействиям.
Все эти улучшения характеристик переключателей стали следствием снижения сопротивления замкнутых контактов переключателя Ron и емкости разомкнутых контактов Coff, а значит, и их произведения Ron · Coff, характеризующего предельные возможности переключателей, выполненных по различным технологиям (табл. 19) [22, 30–36].
Разработанная в 2008 году компанией IBM технология производства микроконтроллеров CSO17RF [36] была доработана под задачи изготовления переключателей и обеспечила Ron · Coff = 210 фс, а напряжение пробоя Vbr = 3,7 В. В 2013 году удалось уже получить Ron · Coff = 140 фс и Vbr = 4,7 В. Новая технология IBM CSO17SW позволила снизить Ron · Coff до 115 фс и поднять Vbr до 5,5 В. К настоящему времени эти показатели существенно улучшены (см. табл. 19).
Отметим также, что наряду с рассмотренными в статье технологиями создания СВЧ-переключателей появились и другие технологии: SiGe HBT, InGaAs mHEMT, SiGe BiCMOS (см. табл. 19), которые со временем, возможно, будут использоваться для создания промышленных изделий.
Высокие коммутируемые мощности в КНС- и КНИ-переключателях достигаются двумя способами. Первый из них – это совершенствование технологического процесса (см. табл. 19). Второй – групповое включение полевых транзисторов (см. рис. 25), при котором пробивное напряжение увеличивается пропорционально числу используемых активных элементов.
Применение группового включения транзисторов заметно усложняет структуру антенных переключателей, используемых в мобильных телефонах, базирующихся на стандартах 4G, 5G, 6G. Реально выпускаемые антенные переключатели для этих стандартов реализуются на многопозиционных структурах SPMT, где M = 8, 10, 12, 14, 16 (см. табл. 17 и 18). В data sheets структура таких антенных переключателей не раскрывается. Однако сведения об их устройстве можно найти в научных публикациях. Так, в [37] приведены результаты разработки и экспериментального исследования антенного SP10T-переключателя, рассчитанного на работу в GSM (0,85 / 0,90 ГГц) и WCDMA (1,8 / 1,9 ГГц) диапазонах. Это изделие реализуется по 0,18 мкм КНИ КМОП технологии и обеспечивает в режиме GSM компрессионную мощность P1 дБ = 35 дБм в диапазоне 0,8–0,9 ГГц и 33 дБм в диапазоне 1,8–1,9 ГГц. Передатчики в WCDMA-каналах имеют компрессионную
мощность P1 дБ = 26 дБм.
Упрощенная схема такого SP10T приемопередающего переключателя включает в себя 22 группы полевых транзисторов (рис. 33) [37]: stack A, stack B, stack C, stack D, stack E и stack F. Число полевых транзисторов в группах разное – от 6 до 12 (рис. 34). Общее количество полевых транзисторов в этом антенном переключателе равно 164.
Разработанный переключатель обладает высокой линейностью и обеспечивает защиту от статического электричества 8,5 кВ (НВМ).
Отметим, что в промышленно выпускаемых переключателях применяются как КНС КМОП (см. табл. 17), так и КНИ КМОП (см. табл. 18) технологии. Наибольшее число каналов на сегодняшний день удалось реализовать компании Skyworks Solutions в изделии SKY13442-21, предназначенном для подключения 16 передатчиков к антенне для обеспечения работы в стандартах LTE, UMTS, CDMA2000, EDGE, GSM, TDD-LTE, TD-SCDMA.
Анализ табл. 17 и 18 показывает, что малое время переключения обеспечивают изделия, выполненные как по КНС, так и по КНИ КМОП технологиям. Некоторые кремниевые SPST- и SPDT-переключатели отличаются чрезвычайно малыми (единицы наносекунд) значениями длительностей фронта и спада (см. табл. 17 и 18). Такие переключатели могут использоваться в качестве модуляторов. Например, в изделии ADG901-EP компании Analog Devices времена нарастания Tr и спада Tf равны 2,8 и 5,1 нс соответственно. Существенно меньшие времена Tr = 300 пс и Tf = 360 пс были достигнуты при разработке SP4T-переключателя, рассчитанного на диапазон частот 0–70 ГГц, выполненного по 0,13 мкм bulk CMOS IBM8HP технологии [38]. Моделирование формы радиоимпульса (рис. 35) в этом переключателе было выполнено на частотах 20, 40 и 60 ГГц [38].
Характер переходных процессов при смене одного состояния на другое в различных моделях может существенно различаться. В изделиях компании IDT эти отличия могут быть значительными (рис. 36). Представляют также интерес наложенные друг на друга осциллограммы напряжений на первом и третьем выходах многопозиционного SP4T-переключателя ADG904 компании Analog Devices при коммутации входного сигнала с первого выхода на третий (рис. 37).
Времена переключения в конкретных изделиях зависят как от требований, заданных при их разработке, так и от факторов, влияющих на них в процессе эксплуатации, к которым прежде всего относятся напряжение питания и температура (рис. 38), влияние которых весьма заметно.
Важным преимуществом кремниевых технологий перед арсенид-галлиевыми является существенно меньшее время установления Tset. Так, в изделиях HMC540 и HMC540S, изготовленных компанией Analog Devices по этим технологиям [39], при одинаковых требованиях ко всем остальным характеристикам, времена установления оказались равными 8 и 1 мкс соответственно (рис. 39). Сравнимые характеристики Tr = Tf = 100 нс, Ton = Toff = 232 нс, Tset = 870 нс обеспечиваются и в SP12T-переключателе PE426412 компании pSemi, работающем в диапазоне частот 0,01–8,0 ГГц.
Надо также отметить исключительно низкие значения времени установления Tset в изделиях PE42525 (Tset = 48 нс), ADRF5020 (Tset = 15–20 нс) и ADRF5024 (Tset = 17–22 нс), выполненных по КНС КМОП (см. табл. 17) или КНИ КМОП (см. табл. 18) технологиям.
В ряде описаний переключателей, производимых компанией IDT, приводятся зависимости обратных потерь RL(t) и КСВН(t) на трех портах (RFc, RF1, RF2) этого изделия во время их коммутации. Значения этих величин во время переходных процессов на 500‑нс временном интервале на этих портах существенно отличаются от своих стационарных значений (рис. 40), что необходимо учитывать разработчикам при проектировании изделий, включающих твердотельные переключатели.
Анализируя табл. 17 и 18, можно отметить, что как в КМОП КНС переключателях, так и в КМОП КНИ переключателях достигнут чрезвычайно высокий уровень характеристик. Так в SPDT-переключателе ADRF5020 (компания Analog Devices) в рабочем диапазоне частот 0,1–30 ГГц компрессионная мощность по уровню 0,1 дБ составила 0,4 Вт при развязке 65–70 дБ и временах нарастания и спада 2 нс, а в SPDT-переключателе PE42525 в диапазоне частот 9 кГц – 60 ГГц компрессионная мощность достигает 3,2 Вт при развязке 80–36 дБ и временах нарастания и спада 3 нс. Проводя сравнение с переключателями, выполненными по другим технологиям, отметим, что эти результаты на сегодняшний день являются наивысшим достижением.
Нужно также отметить исключительно высокую степень интеграции КМОП-изделий. В зависимости от их сложности площадь кристаллов может меняться от нескольких сотых долей квадратного миллиметра до 1–3 мм2. Так, рассмотренный в этом разделе КНИ КМОП антенный переключатель (см. рис. 33), реализованный на 164 полевых транзисторах, выполнен на кристалле размером всего 0,85 мм2. В промышленно выпускаемых переключателях чаще всего применяются QFN-корпуса с размерами 2 × 2 и 4 × 4 мм.
Переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам
Любое производство, а в особенности массовое, предполагает проведение различного рода измерений. Одними из наиболее часто применяемых при измерении и тестировании различных компонентов являются переключатели, управляемые по USB- и SPI-интерфейсам (табл. 20). Рынок этих изделий постоянно расширяется. Основными производителями таких переключателей являются компании Vaunix, Telemakus и Mini-Circuits, а в последнее время и Qotana Technologies, вышедшая на рынок с линейкой USB-переключателей SPST…SP8T конфигураций. Большая часть этих изделий обеспечивает малое (<500 нс) время коммутации, значительную (60–80 дБ) развязку, а в отдельных случаях и достаточно высокий (до 100 Вт) уровень коммутируемой мощности. Некоторые из этих моделей работают в диапазонах частот до 20 ГГц и даже до 50 ГГц. Процесс включения / выключения в SPDT-переключателе P2T‑500M40G-USB компании PMI иллюстрируется осциллограммами (рис. 41). Внешний вид этих переключателей отличается значительным разнообразием (рис. 42). Так, некоторые модели (см. рис. 42) поставляются с USB-кабелем. Компания Mini-Circuits выпускает переключатели с управлением как по USB-, так и по SPI-интерфейсам.
Сравнительный анализ рассмотренных переключателей
СВЧ-переключатели являются на рынке компонентов одним из наиболее востребованных видов изделий. Это касается не только номенклатуры, но и количества производимых переключателей, которые поставляются для средств мобильной связи и радиолокации многомиллионными партиями.
В промышленном исполнении эти изделия выпускаются на Si и GaAs pin-диодах и на полевых транзисторах по технологиям GaAs, GaN и КМОП.
Переключатели на pin-диодах производятся уже в течение 5–6 десятилетий в основном в модульном исполнении и будут востребованы и в дальнейшем, прежде всего в тех задачах, где требуются высокие мощности, частоты и скорости коммутации. Стоимость этих изделий весьма высока, что прежде всего связано с высокой трудоемкостью и технологическими особенностями их изготовления.
Арсенид-галлиевые переключатели на полевых транзисторах, отличающиеся относительно невысокой стоимостью в интегральном исполнении, будут прежде всего использоваться для космических применений, благодаря их высокой стойкости к радиации.
Переключатели на нитрид-галлиевых полевых транзисторах будут востребованы в тех задачах, где требуются высокая мощность, малые габариты, высокая надежность и радиационная стойкость. Роль этих изделий может существенно возрасти с появлением на рынке нитрид-галлиевых полевых транзисторов с пробивным напряжением более 200 В. Цена этих изделий может быть весьма высокой.
Интегральные КМОП-изделия уверено заняли рынок переключателей, используемых в средствах мобильной связи и радиолокации, причем изделия по технологии КНС КМОП, отличающиеся высокой радиационной стойкостью, оптимально подходят для космического применения, а дешевые КНИ КМОП изделия – для систем связи и радиолокации, где требуемые количества оцениваются миллионами и миллиардами штук. Важной для многих применений является высокая стойкость КМОП-изделий к статическому электричеству, достигающая 10 и более киловольт.
Помимо упомянутых технологий, используемых в промышленно выпускаемых моделях, в научных публикациях представлены и другие, которые в будущем, возможно, будут использованы и в коммерческих изделиях. Здесь прежде всего надо упомянуть изделия на SiGe биполярных [40] и особенно на HBT [41, 42] транзисторах. Последние из них имеют произведение Ron · Coff = 83,7 фс, работают в широкой (80–170 ГГц) полосе частот, отличаются исключительно малой площадью кристаллов (0,213 мм2) и малыми временами нарастания Tr = 25 пс и спада Tf = 50 пс [43].
Результаты исследований нескольких вариантов исполнения SPDT-переключателей, выполненных по 50‑нм технологии InGaAs mHEMT (metamorphic high electronic-mobility transistor) показывают возможность создания изделий с частотами до 330 ГГц, в которых произведение Ron · Coff = 110,3 фс [31].
С целью объективной оценки достижимых значений характеристик высокоскоростных переключателей, выполненных по различным технологиям, в табл. 21 были собраны предельные (максимальные и минимальные) значения показателей промышленно выпускаемых изделий из табл. 1–12, 14–18. Из табл. 21 следует, что наибольшие входные частоты достигаются в GaAs pin-диодных переключателях (включая волноводные изделия), арсенид-галлиевых изделиях на полевых транзисторах и в КМОП-переключателях.
Кремниевые pin-диодные и GaN-переключатели обладают по этому показателю не столь высокими характеристиками. Однако по уровню допустимой входной мощности эти два вида изделий являются безусловными лидерами.
Вносимые потери и развязка в значительной степени зависят от диапазона рабочих частот, уровня входной мощности и схемотехнических решений. Отличие этих показателей в переключателях, выполненных по различным технологиям, невелико.
Наибольшие скорости переключения достигаются в pin-диодных модульных изделиях, интегральных переключателях на GaAs pin-диодах, волноводных переключателях, интегральных и модульных переключателях, выполненных по GaAs PHEMT технологии, а также в КМОП-изделиях. Несколько худшими характеристиками по этому показателю обладают интегральные изделия на кремниевых pin-диодах и нитрид-галлиевые переключатели в интегральном и модульном исполнениях.
Литература
Геворкян В., Кочемасов В. Ферритовые переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2020. № 6. C. 90–94; № 9. С. 122–131.
Кочемасов В. Электромеханические переключатели ВЧ / СВЧ-сигналов – основные типы и производители // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2016. № 7. С. 114–121; № 8. С. 96–106; № 9. С. 128–134.
Кочемасов В., Майстренко А. СВЧ-переключатели на основе МЭМС // СВЧ-электроника. 2016. № 1. С. 36–42.
Кочемасов В., Кирпиченков А. Твердотельные СВЧ-переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017. № 10. С. 92–97; 2018. № 1. С. 116–124; 2018. № 2. С. 150–163.
Кочемасов В., Рауткин Ю. Интегральные СВЧ-переключатели // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2018. № 4. С. 122–127; № 5. С. 152–163; № 6. С. 80–93.
Кочемасов В., Дингес С., Шадский В. Твердотельные СВЧ-переключатели средней и большой мощности // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2019. № 8. С. 108–112; № 9. С. 116–130; № 10. С. 82–94; 2020. № 1. С. 142–151.
Freeston A., Boles T., Varmazis C. Speedy Switches Minimize Gate Lags // Microwave & RF. March 2010. PP. 98–102.
Understanding RF / Microwaves Solid State Switches and their Applications. Application Note. – Agilent Technologies.
Agilent U9397A / C FET Solid State Switches (SPDT) Technical overview. Agilent Technologies.
U9400A / C Solid State FET Transfer Switches. Technical overview. – Keysight Technologies.
Switches. – Каталог компании General Microwave.
Blair E., Farrington K., Tubbs K. Selecting the Right RF Switch. – Каталог компании Daico Industries. PP. 253–262.
Microwave Switches. – Каталог компании Elisra.
Chinoy P., Jain N., Li P., et al. Manufacture of Low-Loss Microwave Circuits using HMIC Technology // IEEE MTT-S Digest. 1994. PP. 1137–1140.
Heston D. D., Seymour D. J., Zych D. 100 MHz to 20 GHz Monolitchic Single-Pole, Two-, Three-, and Four-Throw GaAs PIN Diode Switches. – 1991 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 429–432.
Баров А., Гущин С. GaAs МИС PIN диодного двухпозиционного коммутатора // Chip News. 2008. № 1. С. 50–51.
Alekseev E., Pavlidis D., Ziegler V. 77 GHz High-Isolation Coplanar Transmit-Receive Switch Using InGaAs / InP PIN Diodes. – 1998 IEEE GaAs IC Symposium.
Lam K., Ding H., Liu X. et al. Wideband Millimeter Wave PIN Diode SPDT Switch using IBM 0.13 µm SiGe Technology. – Proceeding of the European Microwave Integrated Circuit Conference. 2007. PP. 108–111.
Song P., Schmid R. L., Ulusoy A. C., Cressler J. D. A High-Power, Low Loss W-band SPDT Switch Using SiGe PIN Diodes. – IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. 2014. PP. 195–198.
Yang J. G., Yang K. High-Linearity K-band Absorptive-Type MMIC Switch Using GaN PIN-Diodes // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2013. V. 23, No. 1, PP. 37–39.
Boles T., Freeston A. New NanoSecond Switch Technology // Microwave Journal. June 2010. PP. 56–60.
Campbell C. F., Dumka D. C. Wideband High Power GaN on SiC SPDT Switch MMICs. 2010 IEEE MTT-S International Microwave Symposium. PP. 145–148.
Ma B. Y., Boutros K. S., Hacker J. B. et al. High Power AlGaN / GaN Ku-band MMIC SPDT Switch and Design Consideration. – 2008 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 1473–1476.
Gotch D. A Review of Technological Advances in Solid-State Switches // Microwave Journal. November 2007. PP. 24–34.
Vye D., Pelletier L., Theeuwen S. et al. The New Power Brokers: High Voltage RF Device // Microwave Journal. June 2009. PP. 22–40.
GaN Swicthes Enable Hot Switching at Higher Power // Microwave Journal. January 2012. PP. 134–136.
GaN MMIC Switch Handles 40 W from DC to 6 GHz // Microwave Journal. November 2011. PP. 132–134.
Vye D. Divine Innovation: 10 Technologies Changing the Future of Passive and Control Components // Microwave Journal. November 2011. PP. 22–42.
Chang H.-Y., Chan C.-Y. A Low Loss High Isolation DC‑60 GHz SPDT Travelling-Wave Switch with a Body Bias Technique in 90 nm CMOS Process // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. V. 20. No. 2. PP. 82–84.
Bahl I. G. Control Components Using Si, GaAs, and GaN Technologies. 2014.
Thome F., Ambacher O. Highly Isolating and Broadband Single-Pole Double-Throw Switches for Millimeter-Wave Applications Up to 330 GHz // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. V. 66. No. 4. PP. 1998–2009.
Shu R., Tang A., Drouin B. et al. A 54–84 GHz CMOS SPST Switch with 35 dB Isolation. 2015 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. PP. 15–18.
Hindle P. The State of RF / Microwave Switches // Microwave Journal. Nov. 2010. PP. 20–36.
Tombak A., Carroll M. S., Kerr D. C. et al. Design of High-Order Switches for Multimode Applications on a Silicon-on-Insulator Technology // Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2013. V. 61. No. 10. PP. 3639–3649.
Ulusoy A. C., Song P., Schmid R. L. et al. A Low-Loss and High Isolation D-Band SPDT Switch Utilizing Deep-Saturated SiGe HBTs // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2014. V. 24. No. 6. PP. 400–402.
Jaffe M., Abou-Khalil M., Botula A. et al. Improvements in SOI Technology for RF Switches. – 2015 IEEE 15th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems. PP. 30–32.
Wang X. S., Wang X., Lu F. et al. Concurrent Design Analysis of High-Linearity SP10T Switch With 8.5 kV ESD Protection // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2014. V. 49. No. 9. PP. 1927–1941.
Centinoneri B., Atesal Y. A., Rebeiz G. М. A Miniature DC‑70 GHz SP4T Switch in 0.13 µm CMOS. – 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. PP. 1093–1096.
Bayrakci B. RF and MW Control Products in Silicon. – Analog Devices.
Hancock T. M., Rebeiz G. M. Design and Analysis of a 70‑ps SiGe Differential RF Switch // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. V. 53. No. 7. PP. 2403–2410.
Schmid R. L., Song P., Coen C. T. et al. On the Analysis and Design of Low-Loss Single-Pole Double-Throw W-Band Switches Utilizing Saturated SiGe HBTs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2014. V. 62. No. 11. PP. 2755–2767.
Ulusoy A. C., Schmid R. L., Kaynak M. et al. High-Performance W-band LNA and SPDT Switch in 0.13µm SiGe HBT Technology. – IEEE, RWS 2015. PP. 162–164.
Thian M., Fusco V. F. Ultrafast Low-Loss 42–70 GHz Differential SPDT Switch in 0.35 mm SiGe Technology // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. V. 60. No. 3. PP. 655–659.
Отзывы читателей
