標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械開(kāi)關(guān)與RF不兼容。在高頻時(shí)，信號(hào)耦合可能發(fā)生在機(jī)械接觸間隙之間，這可能像高通濾波器中的電容器一樣。較長(zhǎng)的間隙會(huì)減少耦合，但會(huì)產(chǎn)生尺寸問(wèn)題。

半導(dǎo)體射頻開(kāi)關(guān)是一類在激活時(shí)通過(guò)所需頻段的IC，在非激活時(shí)會(huì)嚴(yán)重衰減?；コ饧?jí)聯(lián)開(kāi)關(guān)允許RF信號(hào)路徑多路復(fù)用，這反過(guò)來(lái)允許現(xiàn)代設(shè)備共享天線或?qū)F路由到不同級(jí)。

此外，使用板載PCB天線或外部天線的能力需要在同一板上切換兩者。 RF開(kāi)關(guān)增加了一塊板支持兩者的靈活性。

本文介紹了可用于從事多功能RF設(shè)計(jì)(如藍(lán)牙和Wi-Fi)的工程師的RF開(kāi)關(guān)技術(shù)和部件。

Pin二極管開(kāi)關(guān)

用于RF低功率應(yīng)用的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被廣泛使用并且是一種眾所周知的技術(shù)。重要的是要注意低功率警告，因?yàn)楦吖β书_(kāi)關(guān)將使用特殊材料。例如，較老的火腿無(wú)線電仍然使用水銀開(kāi)關(guān)，當(dāng)然不是最環(huán)保的材料，但在正常使用時(shí)非常有效地切換高功率和完全安全。

對(duì)于絕大多數(shù)設(shè)計(jì)，功率水平在微瓦到瓦特的范圍內(nèi)，這意味著半導(dǎo)體技術(shù)在這里可以很容易地運(yùn)行 - 而且確實(shí)如此。用于RF切換的兩種主要技術(shù)是PIN二極管和基于晶體管的RF開(kāi)關(guān)。

PIN二極管開(kāi)關(guān)利用高摻雜P和N型半導(dǎo)體結(jié)之間的“近內(nèi)”(輕摻雜)半導(dǎo)體層(圖1)。高摻雜保留了低歐姆電阻，因?yàn)樗鼈兪情_(kāi)關(guān)的接觸點(diǎn)。圖1：PIN二極管由于高電平注入而起到開(kāi)關(guān)的作用。這會(huì)使n和p區(qū)域泛濫，直到電荷載流子密度超過(guò)閾值水平，從而使其導(dǎo)通。

作為二極管，它通常處于關(guān)斷狀態(tài)且不導(dǎo)電。當(dāng)P和N區(qū)充電時(shí)(電位差足夠高)并且發(fā)生高電平注入時(shí)，PIN二極管正向偏置。這是二極管被電子和空穴“淹沒(méi)”的情況，直到它充當(dāng)近乎完美的線性電阻器。結(jié)果，正向偏置的PIN二極管起到可變電阻器的作用，這就是它如何用作開(kāi)關(guān)。已顯示可實(shí)現(xiàn)的范圍從.1歐姆到10 K歐姆，但可用范圍更小，我們將很快看到。

PIN二極管類型的RF開(kāi)關(guān)的一個(gè)好處是，如果您需要專業(yè)或非標(biāo)準(zhǔn)化的特性，您可以自己制作。超過(guò)6家供應(yīng)商提供分立的PIN二極管，電壓高達(dá)250 V，電流高達(dá)1.5 A.Digi-Key參數(shù)搜索引擎是一種有用的工具，可以準(zhǔn)確找到您的需求。

典型的例子是恩智浦BAP65-02，115，采用SOD-523或SC-79封裝的30 V，100 mA器件。恩智浦關(guān)于射頻小信號(hào)設(shè)備的多部分培訓(xùn)教程可在Digi-Key網(wǎng)站上獲得。

通用集成PIN二極管開(kāi)關(guān)器件也有很好的規(guī)格。例如，像Skywork的SKY12207-306LF SPDT RF開(kāi)關(guān)這樣的通用部件不僅處理900 MHz至4 GHz，插入損耗為0.4 dB，還采用小型4 x 4 mm QFN封裝開(kāi)關(guān)，可處理連續(xù)50瓦的峰值浪涌高達(dá)200瓦。

該器件非常適用于半雙工類型的設(shè)計(jì)，其中需要保護(hù)敏感接收級(jí)免受共用同一天線的高功率發(fā)射器的影響(圖2)。正電源允許偏置RX級(jí)進(jìn)行接收模式，但在發(fā)射器接管時(shí)保持隔離。

圖2：PIN二極管導(dǎo)通允許天線共享和高功率發(fā)射信號(hào)的切換，同時(shí)保護(hù)敏感的接收器電路。

恩智浦還生產(chǎn)一種基于PIN二極管的通用射頻開(kāi)關(guān)，專為低至1 GHz的低損耗射頻開(kāi)關(guān)而設(shè)計(jì)，但它們采用混合方式將其與FET結(jié)合使用。恩智浦BF1118W，115是一種基本的SPST架構(gòu)(圖3)，它使用二極管作為串聯(lián)源極跟隨器開(kāi)關(guān)的偏置機(jī)制。這允許耗盡型MOSFET的柵極與地隔離，從而導(dǎo)致低損耗。柵極 - 源極和柵極 - 漏極二極管之間的集成也可以防止輸入電壓浪涌。

圖3：混合開(kāi)關(guān)結(jié)合了PIN二極管和MOSFET，將柵極與地隔離。這有助于降低噪音并降低損耗。

手持式無(wú)線設(shè)備

到目前為止，RF開(kāi)關(guān)的最大設(shè)計(jì)活動(dòng)集中在手持式低功耗無(wú)線設(shè)備上。這就是大批量生產(chǎn)的地方，這就是芯片制造商所關(guān)注的，提供最具競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新的解決方案。

由于空間是手持無(wú)線系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題，因此高度集成的RF開(kāi)關(guān)比分立式解決方案更受歡迎。一些RF收發(fā)器芯片制造商開(kāi)始采用基本的芯片切換，但一般來(lái)說(shuō)，它們與集成RF開(kāi)關(guān)的規(guī)格和功率水平不匹配，尤其是基于FET的RF開(kāi)關(guān)類型。

許多無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)共享相同的頻段，因此一些通用交換機(jī)可以很好地支持混合協(xié)議設(shè)計(jì)。例如，RF Micro Devices RF2436TR7是一款緊湊型SPDT開(kāi)關(guān)，適用于0至2.5 GHz，其范圍包括用于蜂窩，DECT，Wi-Fi，藍(lán)牙和ZigBee的共享頻段，僅舉幾例。

基于砷化鎵(GaAs)MESFET開(kāi)關(guān)，CMOS控制輸入將在1.5 V至6 V范圍內(nèi)工作，同時(shí)選通+28 dBm功率。這些器件采用低功耗(10μA接收，1 mA發(fā)送)，具有高串?dāng)_隔離(900 MHz時(shí)為24 dB)和簡(jiǎn)單的架構(gòu)，可以在狹小的空間內(nèi)工作。

HMC349MS8GE是另一款來(lái)自Hittite Microwave的基于SPDT MESFET的射頻開(kāi)關(guān)，在這種情況下，范圍為0 Hz至4 GHz。它具有更高的隔離度(1 GHz時(shí)為70 dB，2 GHz時(shí)為57 dB)。 “非反射”設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生0.8 dB插入損耗，單個(gè)0/5 Volt控制線啟用或禁用開(kāi)關(guān)(圖4)。

圖4：在兩個(gè)RF端口之間切換公共線。未選擇時(shí)，交換機(jī)提供500歐姆終端。

UPG2164T5N-A是加州東部實(shí)驗(yàn)室(CEL)的DPDT型交換機(jī)，瞄準(zhǔn)Wi-Fi 802.11 a + b等雙頻標(biāo)準(zhǔn)/G。通過(guò)將性能集中在2.4 GHz至6 GHz范圍，CEL可以優(yōu)化插入損耗(0.5 dB)和隔離(25 dB)。

Skyworks SP3T SKY13345-368LF在與Wi-Fi和藍(lán)牙結(jié)合時(shí)非常有用。非常小的(2 x 2 mm UFQFN)器件可處理100 MHz至3.5 GHz，目標(biāo)是2.4 GHz藍(lán)牙和802.11 b/g標(biāo)準(zhǔn)。

多種多路復(fù)用類型的SPxT交換機(jī)配置是現(xiàn)成的項(xiàng)目，包括支持尚未廣泛用于公共用途的頻段。請(qǐng)注意RF Micro Devices SP4T 16 GHz RFSW2045SR，它基本上是一個(gè)4到1多路復(fù)用器，用于在各種高頻段之間切換，頻率范圍為0 Hz到16 GHz(圖5)。

圖5：基于GaAs pHEMT技術(shù)，該Sp4T MMIC在16 GHz時(shí)的開(kāi)關(guān)速度為21 nsec時(shí)具有38 dB隔離度。

單個(gè)設(shè)備可能需要連接到多個(gè)RF部分或天線，為此，有5個(gè)和6個(gè)極部件可用。甚至還有一些8極部件，例如Hittite 4 x 4 mm SP8T HMC321LP4E，它也使用0伏 - 5伏控制GaAs MESFET開(kāi)關(guān)(圖6)。在0 Hz至8 GHz范圍內(nèi)，這種高隔離度和低插入損耗，非反射部分可能更適合用于寬帶開(kāi)關(guān)，而不是無(wú)線手持設(shè)備。提到你的設(shè)計(jì)是為了什么可能和現(xiàn)成的。

圖6：一個(gè)8極射頻開(kāi)關(guān)可能超過(guò)您將需要一個(gè)手持無(wú)線設(shè)備，但這些SP8T部件的目標(biāo)是寬帶和電信交換機(jī)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)受益于高密度。