Un conmutador de RF o conmutador de microondas es un dispositivo que permite enviar señales de alta frecuencia a través de rutas de transmisión. Los conmutadores de RF ( radiofrecuencia ) y microondas se utilizan ampliamente en sistemas de prueba de microondas para enviar señales entre instrumentos y dispositivos bajo prueba (DUT). La incorporación de un conmutador en un sistema de matriz de conmutación le permite enviar señales desde varios instrumentos a uno o varios DUT. Esto permite realizar varias pruebas con la misma configuración, lo que elimina la necesidad de conexiones y desconexiones frecuentes. Todo el proceso de prueba se puede automatizar, lo que aumenta el rendimiento en entornos de producción de gran volumen.
Al igual que otros interruptores eléctricos , los interruptores de RF y microondas ofrecen distintas configuraciones para muchas aplicaciones diferentes. A continuación, se incluye una lista de configuraciones y usos típicos de los interruptores:
Los conmutadores RF CMOS son fundamentales para las telecomunicaciones inalámbricas modernas , incluidas las redes inalámbricas y los dispositivos de comunicación móvil . Los conmutadores RF CMOS a granel de Infineon venden más de mil millones de unidades al año, alcanzando un total acumulado de 5 mil millones de unidades en 2018. [ 1] [actualizar]
Los dos tipos principales de conmutadores de RF y microondas tienen diferentes capacidades:
Las aplicaciones de RF y microondas varían en frecuencia desde 100 MHz para semiconductores hasta 60 GHz para comunicaciones satelitales. Los accesorios de banda ancha aumentan la flexibilidad del sistema de prueba al ampliar la cobertura de frecuencia. Sin embargo, la frecuencia siempre depende de la aplicación y se puede sacrificar una frecuencia de operación amplia para cumplir con otros parámetros críticos. Por ejemplo, un analizador de red puede realizar un barrido de 1 ms para una medición de pérdida de inserción, por lo que para esta aplicación el tiempo de establecimiento o la velocidad de conmutación se convierten en el parámetro crítico para garantizar la precisión de la medición.
Además de la selección de frecuencia adecuada, la pérdida de inserción es fundamental para las pruebas. Las pérdidas superiores a 1 o 2 dB atenuarán los niveles de señal pico y aumentarán los tiempos de flanco ascendente y descendente. Se puede lograr un sistema con baja pérdida de inserción minimizando la cantidad de conectores y rutas de paso, o seleccionando dispositivos de baja pérdida de inserción para la configuración del sistema. Como la energía es costosa a frecuencias más altas, los interruptores electromecánicos proporcionan la menor pérdida posible a lo largo de la ruta de transmisión.
La pérdida de retorno se produce por un desajuste de impedancia entre circuitos. En las frecuencias de microondas, las propiedades del material, así como las dimensiones de un elemento de red, desempeñan un papel importante a la hora de determinar la coincidencia o desajuste de impedancia causado por el efecto distribuido. Los conmutadores con un excelente rendimiento de pérdida de retorno garantizan una transferencia de potencia óptima a través del conmutador y de toda la red.
La repetibilidad de baja pérdida de inserción reduce las fuentes de errores aleatorios en la ruta de medición, lo que mejora la precisión de la medición. La repetibilidad y la confiabilidad de un interruptor garantizan la precisión de la medición y pueden reducir el costo de propiedad al reducir los ciclos de calibración y aumentar el tiempo de funcionamiento del sistema de prueba.
El aislamiento es el grado de atenuación de una señal no deseada detectada en el puerto de interés. El aislamiento se vuelve más importante a frecuencias más altas. Un alto nivel de aislamiento reduce la influencia de las señales de otros canales, mantiene la integridad de la señal medida y reduce las incertidumbres de medición del sistema. Por ejemplo, una matriz de conmutación de RF puede necesitar enrutar una señal a un analizador de espectro para realizar mediciones a -70 dBm y enrutar simultáneamente otra señal a +20 dBm. En este caso, los conmutadores con un alto nivel de aislamiento, 90 dB o más, mantendrán la integridad de la medición de la señal de baja potencia.
La velocidad de conmutación se define como el tiempo necesario para cambiar el estado de un puerto de conmutación (brazo) de "ENCENDIDO" a "APAGADO" o de "APAGADO" a "ENCENDIDO".
Como el tiempo de conmutación solo especifica un valor final del 90 % del valor final/establecido de la señal de RF, el tiempo de establecimiento suele destacarse en el rendimiento de los interruptores de estado sólido, donde la necesidad de precisión y exactitud es más crítica. El tiempo de establecimiento se mide a un nivel más cercano al valor final. El valor de margen hasta el final del tiempo de establecimiento ampliamente utilizado es 0,01 dB (99,77 % del valor final) y 0,05 dB (98,86 % del valor final). Esta especificación se utiliza comúnmente para los interruptores FET de GaAs porque tienen un efecto de retardo de compuerta causado por los electrones que quedan atrapados en la superficie del GaAs.
La capacidad de manejo de potencia define la capacidad de un interruptor para manejar potencia y depende en gran medida del diseño y los materiales utilizados. Existen diferentes clasificaciones de manejo de potencia para los interruptores, como conmutación en caliente, conmutación en frío, potencia promedio y potencia pico. La conmutación en caliente se produce cuando hay potencia de RF/microondas presente en los puertos del interruptor en el momento de la conmutación. La conmutación en frío se produce cuando se elimina la potencia de la señal antes de la conmutación. La conmutación en frío da como resultado una menor tensión de contacto y una vida útil más prolongada.
Una terminación de carga de 50 ohmios es fundamental en muchas aplicaciones, ya que cada línea de transmisión abierta sin uso tiene la posibilidad de resonar. Esto es importante al diseñar un sistema que funciona hasta 26 GHz o frecuencias más altas, donde el aislamiento del conmutador disminuye considerablemente. Cuando el conmutador está conectado a un dispositivo activo, la potencia reflejada de una ruta sin terminación podría dañar la fuente.
La fuga de vídeo se refiere a las señales espurias presentes en los puertos de RF del conmutador cuando se conmuta sin que haya una señal de RF presente. Estas señales surgen de las formas de onda generadas por el controlador del conmutador y, en particular, del pico de tensión de borde delantero necesario para la conmutación de alta velocidad de los diodos PIN. La amplitud de la fuga de vídeo depende del diseño del conmutador y del controlador del conmutador.
Una larga vida útil reduce el coste por ciclo y las restricciones presupuestarias, lo que permite a los fabricantes ser más competitivos.