在测试和测量的世界里，精度、效率和可用性是成功的关键。MEMS是微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems)的缩写，是一种微观开关技术，正在彻底改变该领域，特别是在射频开关领域。微机电系统设备包括电子和机械运动部件，并由1到100微米的组件组成。
在1968年被犹他大学首次提交给DARPA（美国国防高级研究计划局），MEMS设备已经进入了各种应用领域，包括喷墨打印机，现代汽车中用于安全气囊展开的加速度计，针对无人机和光学开关的电子稳定控制陀螺仪（但到目前为止只能携带小信号，因而不适用于电气测试）。
在电信号开关方面，MEMS开关是在硅基板上制造的，运用 半导体 处理技术微加工的三维结构来创建继电器开关触点。然后触点就可以用磁场或静电场推动。与舌簧继电器一样，制造MEMS可以使开关触点密封（在陶瓷封装中或在硅片层级上），这通常可以保障在低信号电平下开关特性良好的一致性。
多年来，关于MEMS技术作为射频开关替代常用的电磁继电器（EMR）开关和固态（SS）开关解决方案的前景，已经写了很多文章。然而，技术上的挑战降低了实现的可能性。许多障碍现在已经被清除，商业上可行的射频开关解决方案正在测试和测量（T&M）应用中获得关注。在这些应用中，通常同时要求较高的切换速度，非常长的运行寿命以及一致的低损耗的射频性能。
MEMS开关技术的优势
- 性能和防水: 固态（SS）开关具有几乎无限的寿命，但高插入损耗和交流耦合信号路径使它们不适合许多射频应用。另一方面，电磁继电器（EMR）在直流到3 GHz左右时表现出良好的插入损耗较低的射频特性，尽管如此，它们典型的1000万次操作的预期寿命限制了它们在相对低容量的测试环境中的使用。MEMS开关的吸引力在于它们具有电磁开关优越的射频性能加上与固态开关一样长的寿命。MEMS开关也可以运行到比电磁开关更高的频率。这使他们成为一个未来可期的选择，同时还允许您无需升级即可测试更高级的产品。
- 预期寿命：MEMS开关有持久耐用的设计，其预期寿命远远超过传统的电磁继电器开关的解决方案。这点至关重要，例如，对于拥有24/7（全天候）测试业务的大容量半导体客户来说，频繁的系统维护可能是一个严重的问题。这也意味着MEMS开关是可能需要花费几周的时间才能完成测试程序的HALT（高度加速寿命测试）和HASS（高度加速应力筛选）应用的理想选择，这些测试程序可能需要数周才能完成。与基于电磁继电器的解决方案相比，MEMS开关提供了超过300倍的运行寿命和超过60倍的测试系统吞吐量。
- 降低测试成本：由于其使用寿命和速度，与电磁开关相比，微机电系统开关可以显著降低测试成本。您将在系统维护上的花费更少，并且能够在不增加相应成本的情况下增加测试能力。
- 低插入损耗：为了在测试期间保持信号的完整性，微机电系统开关提供可与电磁继电器相媲美且明显优于固态开关的较低的插入损耗。
- 应用区别：微机电系统射频开关在10 MHz时可以支持25W，而电磁继电器开关则是10W。这种高功率处理加上快速开关能力意味着它们可能比电磁继电器更适合于要求较高的应用。
MEMS开关技术的缺点
虽然MEMS技术有许多优点，但必须注意到它的局限性：
- 热切换能力：微机电系统开关不能很好地处理热切换，应始终是冷切换，即在不传递信号时进行操作。热切换，即在进行切换操作时连接信号，会产生电弧，从而损坏极小的MEMS触点。在使用MEMS技术时，还必须考虑诸如电容器放电和电缆连接等因素，以避免意外产生的热切换事件。.
- 影响选择的因素：MEMS和其他开关技术之间的选择，取决于由测试要求决定的操作数量、快速切换的需要以及功率和插入损耗要求。
MEMS与电磁继电器和固态开关解决方案
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MEMS（微机电系统） |
EMR（电磁继电器） |
Solid State（固态继电器） |
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频带 |
DC - 4GHz (可用至5GHz) |
DC - 3 GHz |
10 MHz - 8 GHz |
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插入损耗 |
4 GHz 内 <1.4 dB |
3 GHz 内 <1.0 dB |
8 GHz 内 <6.0 dB |
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电压驻波比（VSWR） |
4 GHz 内 <1.5:1 |
3 GHz 内v<1.4:1 |
8 GHz 内 <1.95:1 |
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最大射频功率 |
4 GHz 内25 W |
10 W @ 3 GHz |
4 W @ 8 GHz |
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操作时间 |
50 ms |
3 ms |
50 µs |
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预期寿命 |
30亿次操作 |
1000万次操作 |
无限 |
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热切换 |
不允许 |
较高承受力 |
有一定承受力 |
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以电磁继电器为标准的每通道的价格 |
1.3 |
1 |
1.9 |
*图是基于每种技术的典型Pickring PXI开关。
Pickering Interfaces与Menlo Micro的合作
为了满足我们的大容量半导体客户不断增长的需求，我们最近与专门为各种应用开发先进的MEMS技术的 Menlo Microsystems公司达成合作—，帮助发展我们—基于PXI和PXIe MEMS的射频多路复用产品线 ，Menlo Micro一直站在MEMS领域完善电气开关的前沿，使其成为首批实现这一壮举的公司之一，自然符合我们满足大容量半导体客户需求的Pickering的使命。这种合作关系导致了我们MEMS产品系列的创建，这为我们客户的成功提供了一些至关重要的优势。与传统的电磁继电器（EMRs）不同，我们使用Menlo Micro公司的理想开关®开发的基于MEMS的模块提供了高达4 GHz的优秀射频特性，运行寿命超过30亿次操作，大大超过了基于电磁继电器的解决方案通常提供的最大1000万次操作。
Menlo Micro成功案例： 当周期很重要时：升级现有的 EMR PXI 射频多路复用器解决方案
基于MEMS的 & 40/42-878 PXI和PXIe射频多路复用器的 关键技术规格
- 可选则PXI或PXIe接口模块
- 4 GHz射频多路复用器
- 最大射频功率，最高可达25 W
- 操作寿命超过30亿次
- 可实现单线，双线和四线版本
- SMB或MCX版本连接器可选
- 非常低的插损
- 超快动作速度（50微秒）
- 为Windows系统和Linux系统提供相应的驱动程序，并支持实时系统
- 由PXI或LXI机箱支持的PXI版本
查阅我们基于MEMS的射频多路复用开关
总结：
MEMS开关技术是一个针对大规模系统客户的游戏规则改变者。通过提供更佳的速度、耐用性、降低测试成本和低插入损耗，微机电系统开关已成为该领域的宝贵资产。了解它们的局限性和优势对于选择正确的技术来满足您的测试需求，同时实现精度和效率的完美平衡至关重要。
