SP4T РЧ-переключатель LF-SP4T‑44‑LGA для частотного диапазона 0,1–44 ГГц

Введение

Микросхема LF-SP4T‑44‑LGA представляет собой широкополосный поглощающий РЧ-переключатель на четыре положения и одно направление (SP4T) с высокой степенью изоляции между каналами и низкими вносимыми потерями. Решение предназначено для работы в диапазоне частот 0,1–44 ГГц (доступна модификация с нижней частотой 10 кГц) с вносимыми потерями менее 3,0 дБ и разделением каналов 39 дБ.

Микросхема LF-SP4T‑44‑LGA размещена в 20‑контактном корпусе LGA размером 3×3 мм, совместимом со спецификацией RoHS.

Рис. 1. Габаритные размеры LF-SP4T 44 LGA

Габаритные размеры LF-SP4T‑44‑LGA приведены на рис. 1 и в таблице 1, а назначение выводов — на рис. 2 и в таблице 2.

Рис. 2. Назначение выводов LF-SP4T 44 LGA

Электрические спецификации

В таблице 3 приведены электрические спецификации микросхемы LF-SP4T‑44‑LGA при T_A = +25 °C, V_DD = 3,3 В, V_SS = –3,3 В, v1 = v2 = 0/3,3 В.

Электрические параметры

В таблице 4 приведены электрические параметры микросхемы LF-SP4T‑44‑LGA при T_A = +25 °C, V_DD = 3,3 В, V_SS = –3,3 В, v1 = v2 = 0/3,3 В.

Примечания.

1. Минимальная частота инструмента для тестирования составляет 10 кГц, таким образом отображаются только результаты тестирования при частотах выше 10 кГц.
2. Внутри микросхемы нет интегрированного модуля DC/DC-преобразования, таким образом должно быть подключено положительное/отрицательное напряжение источников питания (VDD/VSS) микросхемы, при этом напряжение VSS должно находиться в диапазоне от –3,6 до –3,0 В.

На рис. 3–9 представлены частотные зависимости основных параметров РЧ-переключателей LF-SP4T‑44‑LGA.

Рис. 3. Зависимость вносимых потерь от частоты

Рис. 4. Зависимость постоянства амплитуды от частоты

Рис. 5. Зависимость потерь на отражение по входу от частоты

Рис. 6. Зависимость потерь на отражение по выходу от частоты (состояние изоляции)

Рис. 7. Зависимость потерь на отражение по выходу от частоты (состояние вносимых потерь)

Рис. 8. Зависимость степени изоляции от частоты

Рис. 9. Зависимость уровня «забития» от частоты

Основы функционирования

Для нормальной работы LF-SP4T‑44‑LGA необходимо положительное напряжение питания, подаваемое на вывод V_DD, и отрицательное напряжение питания на вывод V_SS. Для минимизации паразитной РЧ-связи на шинах питания рекомендуется использовать блокирующие конденсаторы.

Все РЧ-порты (RFC, RF1–RF4) по постоянному току присоединены к шине 0 В. Это избавляет от необходимости использования в сигнальной цепи развязывающего конденсатора. В переключатель интегрированы согласующие резисторы сопротивлением 50 Ом, поэтому применение внешних согласующих цепей не требутся.

В состав LF-SP4T‑44‑LGA входит драйвер для реализации внутренних логических функций, который предоставляет пользователю преимущества управляющего интерфейса с входными логическими уровнями совместимыми с логикой CMOS/LVTTL. Драйвер предоставляет два входа (V1 и V2), которые управляют прохождением сигнала от входа до одного из четырех выходов. Подаваемые на выводы V1 и V2 логические уровни определяют, какой из РЧ-портов будет находиться в состоянии вносимых потерь, в то время как три других порта будут в состоянии изоляции (табл. 5).

Канал прохождения РЧ-сигнала с вносимыми потерями передает РЧ-сигнал между выбранным коммутируемым портом РЧ-сигнала и общим портом передачи РЧ-сигнала. Конструкция коммутатора является двунаправленной с одинаковыми возможностями управления прохождением сигнала. Входной РЧ-сигнал может подаваться на порт RFC или выбранный коммутируемый порт РЧ-сигнала. Схемы изоляции обеспечивают высокие потери между трактом с вносимыми потерями и невыбранными портами РЧ-сигнала, которые являются отражающими.

Оптимальной представляется следующая последовательность включения микросхемы:

1. Подключение к общей шине GND.
2. Подача напряжений питания V_DD и V_SS. Напряжение V_SS должно подаваться после напряжения V_DD для предотвращения переходных процессов по питанию на шине V_DD.
3. Подача напряжений на управляющие входы V1 и V2. Подача сигналов на эти управляющие цифровые входы перед подачей напряжения питания V_DD может привести к возникновению токов прямого смещения во внутренних структурах защиты от электростатических потенциалов и их повреждению. Для предотвращения этих повреждений рекомендуется последовательно с управляющими входами подключать резисторы сопротивлением 1 кОм для ограничения входного тока, протекающего через эти входы. Если после подачи напряжения питания V_DD выходы управляющего контроллера находятся в высокоимпедансном состоянии, а на управляющих выводах отсутствует допустимый логический сигнал, то к управляющим входам V1 и V2 необходимо подключить подтягивающие pull-up- или pull-down-резисторы для фиксации начального состояния РЧ-переключателя.
4. Подача входного РЧ сигнала либо на порт RFC либо на один из портов RF1–RF4.

Оптимальной последовательность выключения микросхемы является обратной к последовательности включения микросхемы.

Значения истинности для управляющих входов представлены в таблице 5.

Особенности применения

Микросхема LF-SP4T‑44‑LGA имеет следующие особенности применения:

1. Условия хранения: микросхема должна размещаться в контейнере с функцией электростатической защиты и храниться в атмосфере азота.
2. Чистота: микросхема должна эксплуатироваться и использоваться в чистой среде. Запрещается для очистки микросхемы использовать жидкие моющие средства.
3. Защита от электростатики: во избежание электростатического повреждения следует строго соблюдать требования по защите от электростатического разряда.
4. Операции позиционирования и установки на плату: извлекать микросхему с помощью вакуумного зажима или прецизионного заостренного пинцета. Во время работы не прикасаться к поверхности микросхемы инструментами или пальцами.
5. Последовательность подачи напряжений питания: при включении питания сначала подавать напряжение на затвор, а затем напряжение на сток; при отключении питания сначала снять напряжение со стока, а затем с затвора.
6. Операция монтажа: микросхема может быть установлена методом эвтектической пайки припоем AuSn или методом приклеивания токопроводящим клеем. Поверхность для установки должна быть чистой и ровной, а зазор между микросхемой и дорожкой для подключения ВЧ-входа/выхода должен быть как можно меньше.
7. Процесс пайки: для эвтектической пайки необходимо использовать AuSn-припой с соотношением компонентов 80/20. Температура пайки не должна превышать +300 °C, время пайки должно быть как можно короче, но не более 20 с, а время позиционирования не должно превышать 3 с.
8. Процесс склеивания: во время склеивания количество наносимого токопроводящего клея должно быть сведено к минимуму, а условия отверждения должны соответствовать инструкции, предоставляемой производителем токопроводящего клея.
9. Операция приварки портов: для ввода и вывода радиочастотного сигнала используются соединительные провода (золотой провод диаметром 25 мкм), которые должны быть как можно короче. Температура термического ультразвукового соединения составляет +150 °C, а энергия ультразвука — как можно меньше. Давление сферического сварочного электрода составляет 40~50 гс, а давление клинового сварочного электрода — 18~22 гс.
10. При возникновении любых дополнительных вопросов необходимо связаться с поставщиком микросхемы.

Заключение

Из приведенных в статье данных следует, что микросхема РЧ-переключателя LF-SP4T‑44‑LGA, обладая достаточной широкополосностью 0,1–44 ГГц, может использоваться в различных классах СВЧ-устройств для коммутации сигнальных трактов. Кроме того, постоянство фазы и амплитуды делают микросхему пригодной для использования в измерительных приборах среднего класса.

Как и большинство микросхем, выполненных по КМОП-технологии, LF-SP4T‑44‑LGA требует особого внимания при монтаже, соблюдении последовательности подачи сигналов на выводы микросхемы и защиты от электростатики.