Крошечный неотражающий радиочастотный переключатель работает на частотах до 50 ГГц

Однополюсный однопозиционный переключатель (SPST) был необходим с первых дней появления электричества, и на то были веские причины: он выполняет множество простых, но жизненно важных функций в схемах, охватывающих диапазон от постоянного тока вплоть до самых высоких уровней электромагнитного спектра. Хотя классический рубильник обеспечивает четкое выполнение определенной функции и по-прежнему широко доступен и используется (Рисунок 1), он явно не отвечает требованиям современных проводных линий с частотами более гигагерца из-за большого размера, скромной полосы пропускания и очень низкой скорости переключения.

Рисунок 1.	Почтенный однополюсный рубильник использовался с самых первых дней существования электричества и по-прежнему полезен и доступен, но он совершенно не подходит для современных гигагерцовых приложений.

Хотя механические переключатели могут работать на частотах до десятков гигагерц, демонстрируя впечатляющие характеристики – это чудеса электромеханического и радиочастотного конструирования, – все больше усиливается тенденция к использованию твердотельных переключателей. Это особенно актуально при низких и умеренных уровнях мощности сигнала благодаря их надежности, размерам, скорости переключения и конструктивной совместимости, при условии, конечно, что они обладают необходимой полосой пропускания.

Новые радиочастотные аналоговые коммутаторы гигагерцового класса

Эта тенденция нашла отражение в трио кремниевых неотражающих радиочастотных аналоговых коммутаторов гигагерцового класса, представленных компанией Analog Devices: ADRF5010 (от 100 МГц до 55 ГГц), ADRF5030 (от 100 МГц до 20 ГГц) и ADRF5031 (от 9 кГц до 20 ГГц).

Для ADRF5010, самого широкополосного устройства в трио (Рисунок 2), целевыми приложениями являются контрольно-измерительное и тестовое оборудование, инфраструктура сотовой связи, включая оборудование 5G/mmWave, военные радиостанции, радары и средства электронного противодействия, СВЧ-радиостанции и терминалы с очень малой апертурой (VSAT), а также промышленные сканеры.

Рисунок 2.	Блок-схема ADRF5010 демонстрирует функциональную простоту, за которой могут быть скрыты трудности, связанные с разработкой и изготовлением коммутатора с сохранением характеристик при такой широкой полосе пропускания.

ADRF5010 работает в диапазоне частот от 0.1 до 55 ГГц с вносимыми потерями менее 2 дБ и изоляцией более 28 дБ. Благодаря внутренним драйверам переключатель обеспечивает совместимость сигналов управления с КМОП и LVTTL, коммутируя ВЧ-сигнал за 30 нс, тогда как время установления ВЧ-сигнала до 0.1 дБ конечного выходного уровня составляет 50 нс. Линейность по входу лучше, чем 33 дБм (типовое значение точки децибельной компрессии P0.1 дБ), а входная точка пересечения интермодуляции третьего порядка (IP3) превышает 60 дБм (типовое значение).

Какую мощность пропускает коммутатор ADRF5010

Величина коммутируемой мощности часто является проблемой для твердотельных переключателей. Параметры ADRF5010 указываются для трех режимов: сквозного прохождения, согласованного тракта и горячего переключения при трех значениях пиковой, импульсной и непрерывной мощности для каждого из них. Для режима сквозного тракта соответствующие номинальные мощности составляют 36, 33 и 30 дБм; для согласованного и непрерывного режимов они равны 33, 33 и 30 дБм, соответственно.

ADRF5010 требует двух напряжений питания ±3.3 В, но может работать и с одним положительным напряжением питания (V_DD), когда вывод отрицательного питания (V_SS) подключен к земле. В этом режиме работы сохраняются малосигнальные характеристики, но ухудшаются характеристики переключения, линейность и коммутируемая мощность.

ADRF5010 выпускается в 14-выводном корпусе LGA размером 2.25 × 2.25 мм и может работать при температуре от −40 до +105 °C. Даже устройство, выполняющее такую несложную функцию, как коммутация, с его простыми входами/выходами при таких частотах нуждается в поддержке, выходящей за рамки его технического описания. Эту важную роль выполняет оценочная плата EVAL-ADRF5010 (Рисунок 3). В комплект поставки платы входит подробное руководство пользователя с описанием схемы тестирования, разводки печатной платы, принципиальной схемы, перечня компонентов и многого другого.

Рисунок 3.	Оценочная плата EVAL-ADRF5010 для коммутатора ADRF5010 проста с точки зрения используемых компонентов, но при этом воплощает в себе критически важные аспекты разводки для компонента с рабочей частотой 50 ГГц.

Несмотря на кажущееся сходство между тремя коммутаторами, они не имеют единого технического описания. Вместо этого каждому из них выделена своя отдельная целевая страница. Каждая из целевых страниц содержит ссылки на соответствующее техническое описание, оценочную плату, руководство пользователя и многое другое.