EO_452

COMM

SWITCH MEMS

- ELETTRONICA OGGI 452 - MARZO 2016

Switch MEMS

per la radiofrequenza

li switch sono commutatori

dotati di un livello d’intelli-

genza sufficiente per leg-

gere in ogni segnale che arriva a

una qualsiasi delle loro porte d’in-

gresso l’indirizzo del nodo di rete

o la denominazione del dispositivo

al quale è destinato e, di conse-

guenza, provvedere a inoltrarlo

alla porta d’uscita che raggiun-

ge la sua destinazione. A radio-

frequenza, tuttavia, l’energia dei

segnali è particolarmente elevata e

dato che gli switch devono essere

in grado di garantire milioni di cicli

di commutazione soprattutto nelle

centraline telecom si sono affermati i commutatori elettromec-

canici dove la continuità del segnale è garantita elettricamente

mentre la connessione e la disconnessione avvengono mec-

canicamente. Quest’approccio è stato negli ultimi tempi favori-

to dallo sviluppo degli switch MEMS nei quali la commutazione

è provocata con un azionamento elettrostatico che riesce in

pochi micron di silicio a instradare agevolmente l’energia dei

segnali a radiofrequenza e garantire nel contempo un’elevata

velocità insieme a un bassissimo consumo. Gli switch MEMS

sono assemblabili negli stessi impianti di fabbricazione dei

circuiti integrati senza modifiche che comportino particolari

investimenti e, inoltre, con le attrezzature di ultima generazio-

ne si possono fabbricare in tal modo e a basso costo anche

circuiti MEMS adatti per le microonde e le onde millimetriche.

Oltre a essere più economici, i MEMS sono più robusti rispetto

alle vibrazioni meccaniche, alle interferenze elettromagnetiche

e agli effetti parassiti che invece affliggono gli switch fatti con

transistor FET o diodi PIN. Gli switch FET hanno una velocità

di commutazione superiore e sono

più versatili nell’implementazione

circuitale ma nonostante i passi

avanti ottenuti perfezionando la

tecnologia

Silicon-On-Insulator

(SOI) che offre maggior robustezza

rispetto alle eterogiunzioni HFET

in arseniuro di gallio (GaAs) per-

mangono tuttavia meno affidabili

rispetto ai MEMS e inoltre costano

di più. Gli switch che sfruttano la

grande differenza di resistenza

dei diodi PIN che può variare da

1 Ohm in conduzione fino ad alcu-

ne decine di kOhm in interdizione

necessitano di circuiti di supporto

con caratteristiche che dipendono fortemente dalla frequenza

e perciò sono laboriosi da implementare se si vuole evitare

di incorrere in capacità e induttanze parassite difficili da ge-

stire. Per questi switch la messa a punto è più critica rispetto

agli switch MEMS e perciò anche in questo caso l’affidabilità

diminuisce e i costi aumentano. L’unica caratteristica di robu-

stezza che gli switch FET e PIN offrono in più rispetto ai MEMS

è la maggior immunità alle scariche elettriche di forte intensità

(ESD, Electrostatic Discharge) dovuta al fatto che negli ultimi

le commutazioni avvengono proprio a comando elettrostatico

e in pochi micron può bastare qualche centinaio di Volt per

compromettere il dispositivo mentre i transistor e i diodi resi-

stono oggi tranquillamente a parecchie migliaia di Volt.

Gli switch MEMS più diffusi per la radiofrequenza sono oggi

quelli ohmici e quelli capacitivi e nel primo caso hanno un mor-

setto collegato a una barretta metallica movibile e l’altro che fa

tutt’uno con un’armatura metallica che circonda la barretta. La

commutazione avviene come nei relè applicando un impulso

Lucio Pellizzari

I nuovi sistemi di comunicazione 4G/5G

necessitano di commutatori abbastanza

affidabili per gestire agevolmente l’elevata

energia dei segnali RF e consentire

l’instradamento selettivo e la trasmissione

e la ricezione su più portanti

Fig. 1 – Gli switch MEMS sono più affidabili rispetto agli switch

a semiconduttore nel gestire l’elevata energia dei segnali a

radiofrequenza e hanno meno problemi d’implementazione

circuitale