串联MEMS开关的瞬态电磁场分析

提出了一种串联MEMS开关的电磁耦合模型,并且应用该模型,对采用表面硅工艺和体硅工艺制作的MEMS开关,采用全波分析方法,进行了瞬态电磁场分析.由于开关尺寸为微米量级,而驱动电压高达40～60V,这样的瞬态高压有可能对开关上的信号产生影响.理论仿真结果显示,开关驱动路对信号路有很强的耦合场存在.实验结果同样显示,耦合到信号路的信号可以输入信号产生最大值为60%的失真.     

串联MEMS开关的瞬态电磁场分析

提出了一种串联MEMS开关的电磁耦合模型，并且应用该模型，对采用表面硅工艺和体硅工艺制作的MEMS开关，采用全波分析方法，进行了瞬态电磁场分析。由于开关尺寸为微米量级，而驱动电压高达40～60V，这样的瞬态高压有可能对开关上的信号产生影响。理论仿真结果显示，开关驱动路对信号路有很强的耦合场存在。实验结果同样显示，耦舍到信号路的信号可以输入信号产生最大值为60％的失真。     

MEMS光开关

采用 MEMS体硅工艺 ,制作了三种结构的微机械光开关 :水平驱动 2 D(二维 )光开关、垂直驱动 2 D光开关和扭摆驱动 2 D、3D(三维 )光开关 .水平驱动光开关采用单层体硅结构 ,另外两种光开关都采用了硅 -玻璃的键合结构 .它们的工作原理都基于硅数字微镜技术 .这三种光开关均采用了静电力驱动 ,具有较低的驱动电压 ,其中扭摆式光开关的驱动电压小于 15 V.对于 2 D开关阵列 ,在硅基上制作了光纤自对准耦合槽 .对后两种光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析 ,结果表明这两种光开关具有小于 1ms的开关时间     

电容式MEMS开关中弹性膜应力对驱动电压的影响

详细分析了多种参数对 MEMS电容式开关驱动电压的影响 ,包括材料选取和工艺参数变化 ,并对驱动电压理论值进行计算。利用表面微机械加工技术在硅衬底上实现了电容式开关 ,测试结果表明采用 Al0 .96 Si0 .0 4弹性膜和厚胶牺牲层工艺能获得适中的剩余应力释放 ,微桥应力约为 10 6 N/m2 ,这为获得较低的开关驱动电压提供了可能。对长 1m m的 MEMS开关 ,当弹性膜厚为 0 .5μm,桥高为 3μm、桥宽为 30 μm、桥长为 2 50 μm时获得了 2 5V的驱动电压 ,S参数测试表明该电容式开关 1～ 4 0 GHz频段内的插入损耗低于 1d B。     

MEMS光开关

采用MEMS体硅工艺,制作了三种结构的微机械光开关:水平驱动2D(二维)光开关、垂直驱动2D光开关和扭摆驱动2D、3D(三维)光开关.水平驱动光开关采用单层体硅结构,另外两种光开关都采用了硅-玻璃的键合结构.它们的工作原理都基于硅数字微镜技术.这三种光开关均采用了静电力驱动,具有较低的驱动电压,其中扭摆式光开关的驱动电压小于15V.对于2D开关阵列,在硅基上制作了光纤自对准耦合槽.对后两种光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析,结果表明这两种光开关具有小于1ms的开关时间.     

RFMEMS电容式并联开关的研制

通过分析MEMS电容式并联开关的工作原理,设计并制作出一款适合Ka波段分布式MEMS移相器的电容式开关。通过理论计算和经验选取,初步得到了MEMS电容式并联开关的结构尺寸。采用HFSS软件建立了开关的三维电磁场模型并优化了关键结构参数。仿真表明开关在Ka波段插入损耗小于0．15dB,回波损耗大于15dB。采用CoventorWare软件进行了开关的机电耦合仿真,得出其驱动电压为2．1V。为了满足流片单位的实际工艺约束条件,对开关的设计版图和微加工工艺进行了多轮改进,研制成功MEMS电容式并联开关工艺样品。开关动态特性测试表明,在驱动电压36V时,桥下拉的高度约为2μm。     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关 ,给出了开关的设计与优化方法 ,建立了开关的仿真模型 ,使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品 ,其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层 ,然后制作具有微电感结构的金属膜桥 ,提高了开关隔离度。利用HFSS软件仿真的结果表明 ,该开关在微波低频段 (3～ 6GHz)有着很好的隔离性能。研制的开关样品在片测试的电性能指标为 :插损小于 0 .3dB ,隔离度大于 4 0dB ,驱动电压小于 2 4V。     

一种X波段RF MEMS开关的设计与制作研究

设计并制作了一种X波段的电容式RF MEMS开关。该开关在共面波导上的悬空金属膜桥的支撑梁呈螺旋结构,其等效电感值高达134pH．有效降低了“关”态的谐振频率。结合开关的等效电路模型．使用Agilent ADS软件以及理论公式计算对该开关进行了设计和优化。与传统桥膜电容式开关相比,所介绍的开关”关”态隔离性能得到了很大提高。利用表面微机械工艺,在高阻硅衬底上制备了开关样品。X波段MEMS开关的在片测试结果表明：驱动电压为9V,“开”态的插入损耗约0．69dB@11．6GHz;“关”态的隔离度约27．7dB@11．6GHz。     

开关点电可调节的MEMS冲击加速度锁定开关

介绍了一种基于机电耦合原理的新型冲击加速度MEMS开关.此开关的阈值开关点可以通过偏置电压的改变进行调节设置,同时具有自锁定功能.文中分析了这种开关的准静态加速度静力学平衡条件和在阶跃冲击加速度输入情况下的响应特性,并通过CoventorWare软件模拟,得到悬臂梁型开关在各种加速度输入信号(阶跃、脉冲和半正弦)情况下的瞬态响应过程.开关的实际阈值范围为1000~5000g,响应速度小于60μs.采用MEMS技术制造开关,并通过冲击加速度测试验证了设计结果.     

开关点电可调节的MEMS冲击加速度锁定开关

介绍了一种基于机电耦合原理的新型冲击加速度MEMS开关.此开关的阈值开关点可以通过偏置电压的改变进行调节设置,同时具有自锁定功能.文中分析了这种开关的准静态加速度静力学平衡条件和在阶跃冲击加速度输入情况下的响应特性,并通过CoventorWare软件模拟,得到悬臂梁型开关在各种加速度输入信号(阶跃、脉冲和半正弦)情况下的瞬态响应过程.开关的实际阈值范围为1000~5000g,响应速度小于60μs.采用MEMS技术制造开关,并通过冲击加速度测试验证了设计结果.     

Analysis and optimization of two movable plates RF MEMS switch for simultaneous improvement in actuation voltage and switching time

An attempt to overcome the existing limitations of RF MEMS switch like high actuation voltage and low switching time simultaneously has been addressed by introducing the concept of moving bottom plate (CPW central line).The performance characteristics of such MEMS switch with two movable plates has been analyzed by setting up the continuity equation of both the plates and solving it analytically with valid approximations. It is seen that for all practical cases such two movable plate designs can be represented by a single movable plate with equivalent membrane parameters. It is observed that a simultaneous reduction of both the actuation voltage and switching time around 20% is possible by optimizing the dimensions. Alternatively a maximum reduction of 30% in the actuation voltage is possible keeping the switching time unaltered and the switching time can be reduced by 50% keeping the switching voltage unaltered. Closed form expressions for the actuation voltage and switching time are obtained which are seen to match with the numerical results.     

Investigation of Characteristics of Electrostatically Actuated MEMS Switch with an Active Contact Breaking Mechanism

The electrostatically actuated MEMS switch with resistive contact is presented. The movable electrode is a beam suspended on its torsion hinges. The contact material is platinum. The switch has an active breaking mechanism making it possible to protect it against stiction and provide a low actuation voltage. The measuring technique for the operating characteristic in the “hot” mode under a low direct current is described. The pull-in voltage and the breaking voltage, the switching time, and the dependence of the contact resistance on the number of actuation cycles are measured. The wear of contact surfaces is investigated. The operation of the switch in a bistable mode is demonstrated, in which the closed condition is maintained without applying the actuation voltage and the state transition occurs due to the active contact breaking mechanism.     

光电倒置开关及其可靠性研究

针对存储测试技术对测试系统低功耗的要求,研制了微型光电倒置开关.此种开关具有低电压驱动、低功率损耗、微小体积、抗干扰,其工作时不需要人为接触操作.在放入式电子测压器实际测试过程中,时常出现由于光电倒置开关不能正常输出上电信号而使测试系统无法工作的问题,可见光电倒置开关的可靠性直接决定了电子测压器的可靠性.为了保证电子测...     

低激励电压微波MEMS开关的理论分析和仿真

通过对独特的MEMS微波开关模型的理论分析,并用ConventorWare和ADS软件对其微机械结构和射频性能进行仿真,得出该开关工作在DC-4GHz时,插入损耗<1dB,在2GHz的隔离度>40dB,激励电压<5V。可知这种独特的MEMS微波开关模型利用扭转臂和杠杆的原理来达到比较低的激励电压,并且获得较高的隔离度。     

An electrostatically actuated 1/spl times/2 moving-fiber switch

A 1/spl times/2 moving-fiber switch for optical protection switching is presented. A detailed measurement of the optical performance is given. A coupling loss of 0.5 dB is achieved in the lensless optical path based on butt-coupled standard single-mode fibers. The actuation voltage is approximately 30 V. Both the electrostatic parallel-plate actuators and the fiber alignment structures are realized by anisotropic machining of crystalline silicon. This type of switch is designed for compact rows of switches.     

Fabrication and Numerical Simulation of a Micromachined Contact Cantilever RF-MEMS Switch

研究了一种直接接触悬臂梁式RF-MEMS开关,悬臂梁采用Al金属材料.开关通过静电控制,且与信号通道分离.为了优化材料结构和获得好的性能,进行了有限元ANSYS模拟.采用表面微加工工艺来制作开关,获得满意结果.器件的驱动电压为12V,与ANSYS模拟结果11V基本相符;器件的隔离度,在0.05～10GHz的范围内,实验测试与HFSS模拟的结果基本一致,都优于-20dB;器件的插入损耗,HFSS模拟小于-0.2dB,而实验测试小于-0.9dB,偏高是由于悬臂梁表面不平,导致接触电阻增大,在测试中引入接触阻抗所致.     

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RF MEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.     

接触式悬臂梁RF-MEMS开关的研制与数值模拟分析

研究了一种直接接触悬臂梁式RF-MEMS开关,悬臂梁采用Al金属材料.开关通过静电控制,且与信号通道分离.为了优化材料结构和获得好的性能,进行了有限元ANSYS模拟.采用表面微加工工艺来制作开关,获得满意结果.器件的驱动电压为12V,与ANSYS模拟结果11V基本相符;器件的隔离度,在0.05～10GHz的范围内,实验测试与HFSS模拟的结果基本一致,都优于-20dB;器件的插入损耗,HFSS模拟小于-0.2dB,而实验测试小于-0.9dB,偏高是由于悬臂梁表面不平,导致接触电阻增大,在测试中引入接触阻抗所致.     

1 × 2 MOEMS switch based on silicon-on-insulator andpolymeric waveguides

A new planar optical switch concept based on a silicon-on-insulator microelectromechanical system (MEMS) structure with post-processed polymeric waveguides is reported. The actuation voltage is 20 to 50 V, and the switching time as low as 30 μs. A crosstalk of -32 dB has been measured     

一种适用于低电压模数转换器的新型采样开关

提出了一种适用于低电源电压的新型高线性度采样开关.与传统低电压采样开关相比,这种新型采样开关不仅消除了MOS开关由于栅源电压随输入信号变化所引入的非线性,而且进一步消除了MOS开关由于阈值电压随输入信号变化引入的非线性.这是通过采用一个与采样MOS开关具有相同阈值电压的"复制"开关得以实现的.基于Chartered 0.35μm标准CMOS工艺,文中设计了一个此类新型MOS采样开关,在输入信号为0.2MHz正弦波,峰峰值为1.2V,采样时钟频率为2MHz时,无杂散动态范围达到111dB,比栅压自举开关提高了18dB;同时导通电阻的变化减小了90%.这种新型采样开关特别适用于低电压,高精度模数转换器.