Un interruptor de RF o un interruptor de microondas es un dispositivo para enrutar señales de alta frecuencia a través de rutas de transmisión. Los interruptores de RF ( radiofrecuencia ) y microondas se utilizan ampliamente en sistemas de prueba de microondas para el enrutamiento de señales entre instrumentos y dispositivos bajo prueba (DUT). La incorporación de un interruptor en un sistema de matriz de interruptores le permite enrutar señales desde varios instrumentos a uno o varios DUT. Esto permite realizar múltiples pruebas con la misma configuración, eliminando 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 proporcionan diferentes configuraciones para muchas aplicaciones diferentes. A continuación se muestra una lista de configuraciones y usos típicos de los conmutadores:
Los conmutadores RF CMOS son cruciales para las telecomunicaciones inalámbricas modernas , incluidas las redes inalámbricas y los dispositivos de comunicación móviles . Los conmutadores CMOS RF a granel de Infineon se venden más de mil millones de unidades al año, alcanzando un total acumulado de 5 mil millones de unidades, a partir de 2018 . [1] [actualizar]
Los dos tipos principales de interruptores de RF y microondas tienen capacidades diferentes:
Las aplicaciones de RF y microondas varían en frecuencia desde 100 MHz para semiconductores hasta 60 GHz para comunicaciones por satélite. 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 operativa 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 convierte 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 máximos de la señal y aumentarán los tiempos de los flancos ascendentes y descendentes. Se puede lograr un sistema de baja pérdida de inserción minimizando el número de conectores y vías de paso, o seleccionando dispositivos de baja pérdida de inserción para la configuración del sistema. Como la energía es cara a frecuencias más altas, los interruptores electromecánicos proporcionan la menor pérdida posible a lo largo de la ruta de transmisión.
La pérdida de retorno es causada por una falta de coincidencia 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 discrepancia de impedancia causada por el efecto distribuido. Los conmutadores con excelente rendimiento de pérdida de retorno garantizan una transferencia de energía óptima a través del conmutador y de toda la red.
La baja repetibilidad de la 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 confiabilidad de un interruptor garantizan la precisión de las mediciones y pueden reducir el costo de propiedad al reducir los ciclos de calibración y aumentar el tiempo de actividad 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. El alto aislamiento reduce la influencia de 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 medirla a –70 dBm y enrutar simultáneamente otra señal a +20 dBm. En este caso, los interruptores con alto 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 interruptor (brazo) de "ON" a "OFF" o de "OFF" a "ON".
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 a menudo se destaca en el rendimiento del interruptor de estado sólido donde la necesidad de exactitud y precisión es más crítica. El tiempo de asentamiento se mide a un nivel más cercano al valor final. El valor de margen final del tiempo de estabilización ampliamente utilizado es 0,01 dB (99,77 % del valor final) y 0,05 dB (98,86 % del valor final). Esta especificación se usa comúnmente para interruptores FET de GaAs porque tienen un efecto de retardo de puerta causado por electrones que quedan atrapados en la superficie del GaAs.
El manejo de energía define la capacidad de un interruptor para manejar energía 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 máxima. La conmutación en caliente ocurre cuando hay energía de RF/microondas presente en los puertos de la conmutación en el momento de la conmutación. La conmutación en frío ocurre cuando se elimina la potencia de la señal antes de realizar la conmutación. La conmutación en frío da como resultado una menor tensión de contacto y una vida más larga.
Una terminación de carga de 50 ohmios es fundamental en muchas aplicaciones, ya que cada línea de transmisión abierta no utilizada 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 interruptor cae considerablemente. Cuando el interruptor está conectado a un dispositivo activo, la potencia reflejada de una ruta sin terminar podría dañar la fuente.
La fuga de video se refiere a las señales espurias presentes en los puertos de RF del conmutador cuando se conmuta sin una señal de RF presente. Estas señales surgen de las formas de onda generadas por el controlador del interruptor y, en particular, del pico de voltaje del borde anterior requerido para la conmutación de alta velocidad de diodos PIN. La amplitud de la fuga de vídeo depende del diseño del conmutador y del controlador del conmutador.
Una vida operativa prolongada reduce el costo por ciclo y las restricciones presupuestarias, lo que permite a los fabricantes ser más competitivos.