Weiß jemand wie die diversen HF-Schalter (SPST, SPDT, DPST, DPDT) intern aufgebaut sind?
Um mal beim einfachsten, den SPST („Single Pole Single Throw“) zu bleiben, hatte ich mit zwei MOSFETs eine einfache Simulation versucht, siehe Attachment.
Diese Intersil-FETs haben sehr geringe Kapazitäten, gelangen aber schon bei ein paar hundert mV an ihre Grenzen. Liegt wohl daran, dass die Gates genug Ladung zum Schalten bekommen. 1V Eingangsspannung geht noch, Aber bei 3V trennt der nicht mehr und im Durchlass gibt es bereits Verzerrungen.
Von Infineon gibt es beispielsweise den BGS12P2L6, der bis zu 37dBm bis in den GHz-Bereich verarbeiten kann und in Kleinstückzahlen um 1€ kostet.
Noch günstiger im sot23-Gehäuse bei etwas schlechteren Daten der AS169-73LF aus China. Kann DC-900MHz und verarbeitet 34dBm. Das sind Vpp = 32V, an 50 Ohm 2,5Watt!
Trennt bei niedrigeren Frequenzen um 40dB, am oberen Ende immerhin noch 20dB.
Durchlassdämpfung <1dB.
Und kostet um 20ct, also nicht mehr als zwei FETs.
PIN-Dioden können es nicht sein, die Teile brauchen praktisch keinen Strom.
Bei Dioden wären immer mindestens 5-10mA pro Schalter fällig.
Um mal beim einfachsten, den SPST („Single Pole Single Throw“) zu
bleiben, hatte ich mit zwei MOSFETs eine einfache Simulation versucht,
siehe Attachment.
Die Steuerspannung sollte schwebend zwischen Gate und Source anliegen. R2 entfällt. Welche Rolle spielt V3?
Weiß jemand wie die diversen HF-Schalter (SPST, SPDT, DPST, DPDT) intern
aufgebaut sind?
Ich würde auf PiN-Dioden tippen.
R2 macht das Umschalten unnötig langsam, da er ebenso wie ein Gate-Vorwiderstand mit der Gatekapazität eine Zeitkonstante bildet.
Bei integrierten MOSFETs legt man daher die Steuerspannung zwischen Gate und Bulk an. Es gab mal eine homöopathiche Menge an diskreten MOSFETs mit herausgeführtem Bulk, z.B. BSS83, 3N170/171, 3N128, 3N143, 3N163, 3N164.
Siehe auch: Beitrag "N-Kanal Mosfet mit herausgeführtem Substrat"
R2 weggelassen, aber das verbessert nichts. Es bleibt bei einer maximalen Amplitude von 1V, das sind um 10dBm.
PIN-Dioden können es nicht sein, die Teile brauchen nur µA an Schaltstrom. Das ist schon irgend eine FET-Technologie. Wahrscheinlich eine MOSFET-Technologie, wenn man sich die minimalen Durchlassverluste ansieht (Attachment).
Vielleicht eine, wo keine diskreten Bauteilen auf dem Markt sind.
Bei diesen "low-cost" RF switches kommen definitiv FETs zum Einsatz. Diese sind allerdings für diesen spezifischen Zweck optimiert und basieren auf speziellen Substraten und Fertigungsprozessen (SOI, Saphir, GaAs) um parasitäre Kapazitäten auf ein Minimum zu reduzieren.
MEMS Schalter sind zwar kommerziell erhältlich (z.B Analog Devices ADGM3144) aber nur für Spezialanwendungen interessant, da sie vor allem dann Sinn machen, wen extrem hohe Linearität und ein flacher Frequenzgang bis DC gefordert ist. Da sie im Endeffekt mechanisch arbeiten, sind sie auch anfällig auf Verschleiss und vergleichsweise langsam im Umschalten (auch wenn 1-2 Grössenordnungen besser als klassische mechanische Schalter)
Bei diesen "low-cost" RF switches kommen definitiv FETs zum Einsatz.
Da bleibt aber die Frage wie es möglich ist, AC-Signale zu verarbeiten, die um mehr als eine Größenordnung oberhalb der Schaltspannung liegen. Und durchaus ab DC, mit < 1 Ohm Durchgangswiderstand.
Bei diesen "low-cost" RF switches kommen definitiv FETs zum Einsatz.
Da bleibt aber die Frage wie es möglich ist, AC-Signale zu verarbeiten,
die um mehr als eine Größenordnung oberhalb der Schaltspannung liegen.
Und durchaus ab DC, mit < 1 Ohm Durchgangswiderstand.
Signalspannungen, die höher als die Versorgungs- / Steuerspannung liegen, können durch verschiedene Massnahmen erreicht werden:
kaskadierte FETs (mehrere in Serie)
isolierte Gate-Spannung (durch SOI Prozess erleichtert)
pSemi schreibt im Datenblatt für seinen Mehrfachschalter PE4259 von UltraCMOS.
Dahinter stecken die von Dir genannten Techniken wie silicon-on-insulator etc - du hast vermutlich Recht mit deiner Annahme.
Steuerspannung nicht korrekt angelegt? Siehe Anhang.
Mit dieser schwebenden Steuerspannung funktionieren natürlich auch die hohen Pegel. In einer realen Umsetzung wäre das die von GHz N. angedeutete Version "Ladungspumpe".
MEMS Schalter kannte ich bis heute noch nicht, sind aber auch keine normale Bastelware. Ob man diese Technologie irgendwo einzeln erstehen kann weiß ich nicht. Die funktionieren tatsächlich mechanisch, alles in winzigen Strukturen. Was es nicht alles gibt...
MEMS Schalter kannte ich bis heute noch nicht, sind aber auch keine
normale Bastelware.
Die MEMS sind auch noch extrem teuer, wenn man sich die Preise z.B. bei Mouser ansieht.
Die CMOS-RF-Schalter sind dagegen günstiger als ein einfacher MOSFET vor ein paar Jahren. Von PIN-Dioden oder gar Relais ganz zu schweigen. Und brauchen dabei kaum Strom, < 0,1mA.
HF-Schalter-FDV301N.png
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