PXI RFスイッチングの総合ガイド：MEMSとEMR、ソリッドステートの利点

試験測定の世界では、精度、効率、適応性が成功への鍵です。MEMS（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）は、特にRFスイッチング分野で革命を起こしている顕微鏡的なスイッチング技術です。MEMSデバイスは電子部品と機械的動作部品を組み合わせており、1〜100マイクロメートルのコンポーネントで構成されています。

1968年にユタ大学からDARPA（国防高等研究計画局）に初めて提示されたMEMSデバイスは、インクジェットプリンター、現代車のエアバッグ展開用加速度計、電子安定性制御、ドローン用ジャイロスコープ、光学スイッチなどさまざまな用途に使われてきましたが、これまでは小さな信号しか扱えず、電気テストには不適合でした。

電気信号スイッチングの観点から、MEMSスイッチはシリコン基板上で製造され、三次元構造がマイクロマシン加工（半導体加工技術を使用）されてリレースイッチの接点を作ります。接点は磁場または静電場を使用して励起されます。リードリレーと同様に、MEMSはスイッチ接点がセラミックパッケージまたはシリコンレベルで密閉されるように製造され、これは一般的に低信号レベルでの一貫したスイッチング特性につながります。

これまでの数年間、RFスイッチングにおけるMEMS技術の約束について多くが書かれてきましたが、一般的に使用される電気機械式リレー（EMR）およびソリッドステート（SS）スイッチングソリューションの代替としてです。しかし、技術的な課題がその実用的な可能性を抑制していました。多くのこれらの障壁は現在取り除かれ、商業的に実現可能なRFスイッチングソリューションがテスト＆計測（T&M）アプリケーションでの速いスイッチング速度と非常に長い運用寿命が必要な場合に受け入れられつつあります。一貫して低損失のRF性能も必要です。

了解しました。MEMSスイッチング技術の利点についての続きは以下の通りです。

• パフォーマンスと将来性：ソリッドステート（SS）スイッチは事実上無限の寿命を持ちますが、高い挿入損失とAC結合信号経路があるため、多くのRFアプリケーションには適していません。一方、電気機械式リレー（EMR）はDCから約3GHzまでの優れたRF特性を示し、挿入損失が低いです。それでも、通常の寿命予想は1000万回の動作に限られており、比較的少量のテスト環境に使用されます。MEMSスイッチの魅力は、EMRの優れたRF性能とSSスイッチの長寿命を兼ね備えていることです。また、MEMSスイッチはEMRよりも高い周波数で動作可能であり、アップグレードなしでより先進的な製品をテストできる将来性があります。
  
  
• 寿命予想：MEMSスイッチは非常に長持ちするように設計されており、従来のEMRベースのソリューションをはるかに超える寿命が期待されます。これは、例えば、24時間365日のテスト運用を行う大量半導体顧客にとって重要で、頻繁なシステムメンテナンスが大きな懸念となる場合があります。また、HALT（高加速寿命試験）やHASS（高加速ストレススクリーニング）アプリケーションにおいても、テスト手順が数週間にわたる場合、MEMSスイッチは理想的です。MEMSスイッチは、EMRベースのソリューションと比較して、300倍以上の運用寿命と60倍のテストシステムスループットを提供します。
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• テストコストの削減：その長寿命と速度により、MEMSスイッチはEMRソリューションと比較してテストコストを大幅に削減できます。システムメンテナンスにかかる費用が少なく、テスト能力を増やしてもコストが比例して増加することはありません。
  
  
• 低挿入損失：テスト中の信号の整合性を保つために、MEMSスイッチはEMRと同等の低い挿入損失を提供し、SSスイッチよりも大幅に良い性能を示します。
  
  
• アプリケーションの多様性：MEMS RFスイッチは、10MHz以上で25Wの扱いが可能で、EMRでは10Wです。この高出力処理能力に加えて、高速スイッチングにより、EMRよりも要求の厳しいアプリケーションに適している可能性があります。

MEMSスイッチング技術のデメリット

MEMS テクノロジーには多くの利点がありますが、次のような制限があることに注意することが重要です。

• ホットスイッチング：MEMSスイッチはホットスイッチングをうまく処理できず、常にコールドスイッチング（つまり、信号を通過させていない状態で操作）されるべきです。スイッチが動作している間に信号が接続されるホットスイッチングは、極めて小さいMEMS接点にアークを引き起こし、損傷を与える可能性があります。MEMS技術を使用する際は、キャパシタ放電やケーブリングなど、誤ってホットスイッチングイベントが発生しないように考慮する必要があります。
  
  
• 選択に影響を与える要因：MEMSと他のスイッチング技術の選択は、テスト要件によって指定された操作回数、高速スイッチングの必要性、電力および挿入損失要件に依存します。

MEMSとEMRおよびソリッドステートスイッチングソリューションの比較：

*これらの数値は、各技術についてのピッカリングの典型的なPXIスイッチに基づいています。

ピカリング インターフェースと Menlo Micro社 のパートナーシップ

ピカリング インターフェース社は、高容量半導体顧客からの要件増加に応えるため、最先端のMEMS技術を開発する技術会社であるMenlo Microsystems社と提携しました。このパートナーシップにより、MEMS製品ファミリーが生まれ、お客様の成功に不可欠ないくつかの利点を提供しています。従来の電気機械式リレー（EMR）とは異なり、Menlo Micro社のIdeal Switch®を使用して開発されたMEMSベースのモジュールは、4GHzまでの優れたRF特性と、EMRベースのソリューションが提供する最大1000万回の操作をはるか超える30億回以上の操作寿命を持っています。

Menlo Microのケーススタディでは、サイクルが重要な場合に、既存のEMR PXI RFマルチプレクサーソリューションをアップグレードする方法が示されています。

40/42-878 PXI & PXIe MEMSベースのRFマルチプレクサーの主要仕様：

• PXIまたはPXIeモジュールとして利用可能
• 4 GHz RFマルチプレクサー
• 最大RF電力は25Wまで
• 30億回以上の操作寿命
• シングル、デュアル、クアッドバージョンで利用可能
• SMBまたはMCXコネクターバージョンを選択可能
• 非常に低い挿入損失
• 高速動作時間（50マイクロ秒）
• WindowsおよびLinux用のドライバーを提供、リアルタイムシステムに対応
• PXIバージョンはPXIまたはLXIシャーシに対応
   
  
  

  埋め込みビデオ

結論：

MEMSスイッチング技術は、高容量の顧客にとって変革的です。スピード、耐久性、テストコストの削減、低挿入損失を提供することで、MEMSスイッチは分野における貴重な資産となっています。その利点と制限を理解することは、テスト要件を満たしつつ、精度と効率の完璧なバランスを実現するための適切な技術を選択する上で不可欠です。

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