در این نوشتار یک ساختار مناسب جهت طراحی فیلترهای سوییچ خازنی سریع در ولتاژ کار پایین معرفی شده است. بلوک اصلی در این ساختار انتگرال گیر خودصفرشونده تمام تفاضلی با شبکه CMFB بسیار سریع است. در این ساختار در نیمی از هر پالس ساعت هر دو خروجی تقویت کننده تمام تفاضلی می بایست با سرعت و دقت بالا در سطح ولتاژ VCM قرار گیرند. ویژگی خاص تقویت کننده تمام تفاضلی طراحی شده در این نوشتار استفاده از دو ترانزیستور کمکی در خروجی هر تقویت کننده تمام تفاضلی است که منجر به کاهش زمان نشست و اغتشاش می شود. با این ایده یک فیلتر سوییچ خازنی پایین گذر طراحی و شبیه سازی شده است. فرکانس پالس ساعت MHz 5، ولتاژ تغذیه 1.2 ولت و تکنولوژی به کار رفته CMOS mm 0.25 است. فیلتر فوق از نوع چبی شف درجه چهارم با فرکانس گذر 0.25 MHz است. در انتها با الگوگیری از همین ساختار یک نمونه بردار دقیق و سریع معرفی می شود.

بطورکلی سوییچ های RF MEMS از نظر نوع اتصال شامل دو دسته سوییچ های خازنی و فلز-به-فلز می شوند. سوییچ های خازنی RF MEMS بدلیل توانایی انتقال سیگنال با فرکانس بیشتر و توان بیشتر، سوییچ های بهتری نسبت به سوییچ های فلز-به-فلز محسوب می شوند. این مقاله یک سوییچ RF MEMS خازنی موازی معلق را با ولتاژ تحریک پایین، نسبت خازنی بالا، زمان سوییچینگ خوب و ایزولاسیون بالا ارایه می دهد. در این سوییچ از پل آلومنیومی بدلیل داشتن مدول یانگ بالا و چگالی پایین استفاده شده است که به کاهش زمان سوییچینگ کمک می کند. همچنین آلومنیوم رسانایی الکتریکی خوبی دارد که منجر به افزایش ایزولاسیون می شود. سوییچ ارایه شده بر روی یک خط CPW با امپدانس 50 اهم طراحی شده است و از ZrO2 به عنوان لایه دی الکتریک استفاده شده است. روی سطح پل، 24 حفره قرار داده شده است که منجر به کاهش ضریب دمپینگ و افزایش سرعت سوییچینگ می شود. ولتاژ تحریک برای این سوییچ برابر 5. 7 ولت است و نسبت خازنی 231 می باشد. تجزیه و تحلیل فرکانس رادیویی با استفاده از نرم افزار HFSS انجام شده است. نتایج بدست آمده، ایزولاسیون 27-دسی بل، تلفات ورودی0. 2-دسی بل و تلفات بازگشتی 22-دسی بل در فرکانس 17 گیگاهرتز را نشان می دهد. همچنین زمان سوییچینگ 32 میکروثانیه بدست آمده است.

چگالی توان بالای مبدل های سوییچ-خازنی ناشی از فقدان عناصر مغناطیسی است. اما، این موضوع منجربه عدم توانایی در تثبیت ولتاژ خروجی و کلیدزنی سخت، به خاطر جریان های لحظه ای بزرگ، می شود. این جریان ها سبب افزایش تلفات کلیدزنی و نویز و محدودشدن توان قابل پردازش می گردد. هرچند اخیرا با افزودن سلف های کوچک به ساختار برخی از مبدل های سوییچ-خازنی عمل کرد آن ها بهبود یافته است، ولی فقط تعداد معدودی از آن ها توانایی تثبیت ولتاژ خروجی و کلیدزنی نرم را دارند. در این جا، با ترکیب یک برش گر فعال و یک مبدل سوییچ-خازنی، در محدوده وسیعی از تغییرات ولتاژ ورودی و بار هر دو ویژگی تثبیت ولتاژ خروجی و کلیدزنی نرم در ادوات نیمه هادی قدرت حاصل شده است. به خاطر کاهش تلفات کلیدزنی و نویز می توان فرکانس را جهت کاهش اندازه سلف ها و خازن ها افزایش داد. این موضوع، ضمن کاهش حجم مبدل، عمل کرد آن را بهبود می بخشد، زیرا در عمل سلف ها و خازن های کوچک مشخصات فرکانس بالای مطلوب تری دارند. بنابراین، مبدل اصلاح شده در توان های بالا از ساختار رایج بهتر است. در این جا، علاوه بر تحلیل ریاضی، برای تثبیت یک ولتاژ خروجی V400 با وجود تغییرات وسیع ولتاژ ورودی (V100-50) و مقاومت بار (kΩ 8-Ω 400)، مبدل مذکور در فرکانسkHz200 شبیه سازی و ساخته شده است

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.