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Smartphones en la mira de los switches RF basados en MEMS

Los switches de radiofrecuencia basados en sistemas micro electromecánicos han probado su efectividad en equipos de telecomunicaciones y militares, ahora su integración en celulares sería el siguiente paso.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Tuvieron que pasar al menos 20 años de esfuerzo y duro trabajo de desarrollo y pruebas para liberar una nueva gama de interruptores de radiofrecuencia (RF) basados en sistemas micro electromecánicos (MEMS) y solo unos cuantos meses para comprobar su eficacia en los primeros sistemas que los integraron, como las estaciones de telecomunicaciones y dispositivos militares.

 

El siguiente paso, según refiere un artículo publicado en la revista IEEE Spectrum, es la integración formal en la topología electrónica de los celulares inteligentes, para lo cual ya existen algunas empresas que comienzan a prepararse para este próximo escalamiento en los dispositivos móviles.

Pero, ¿qué función hacen los interruptores RF MEMS? Estos componentes surgen en la industria como una solución a los problemas de miniaturización de los sistemas electrónicos modernos, ya que al reducir el tamaño de las tarjetas de circuito impreso, se genera una demanda en los esquemas de manufactura para que todo dispositivo esté obligado a cubrir con tales especificaciones.

De acuerdo a Bill Schweber, ingeniero electrónico especializado en sistemas de comunicaciones y editorialista para diversas revistas, los conmutadores RF son sumamente importantes en los sistemas de comunicación ya que permiten la integración de varias antenas para configuraciones de entradas múltiples y salidas múltiples (MIMO, por sus siglas en inglés) además de que ayudan a dirigir una sola señal en rutas internas o gestionar matrices de conmutación relacionada con ATEs (equipos de pruebas automáticos).

El diagrama de bloque del interruptor basado en MEMS ADGM1004 muestra la arquitectura SP4T básica junto con otras características críticas como los diodos de protección contra ESD (descargas electrostáticas); el ADGM1304 es similar, pero carece de diodos y también difiere en algunos detalles de especificación. (Imagen: Analog Devices).

 

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Cabe mencionar, que hasta hace poco la conmutación de RF se realizaba a través de la implementación de interruptores RF electromecánicos, interruptores basados en diodos PIN, interruptores FET (transistores de efecto-campo), y con los resultados que han arrojado los interruptores RF-MEMS, el sector de dispositivos móviles ahora ya han puesto la mirada en estos dispositivos para evaluar la integración en las siguientes generaciones de productos.

“Recientemente, los interruptores de RF basados en MEMS se convirtieron en opciones viables y ahora están disponibles como productos estándares. Estos dispositivos utilizan un mecanismo de conmutación basado en elementos de MEMS en voladizo similares a aquellos utilizados en algunos acelerómetros de MEMS, pero agregan las funciones y las características necesarias para un interruptor controlado electrónicamente que proporciona contacto de metal sobre metal para la ruta de señal de RF”, mencionó Schweber en un artículo publicado en el blog del proveedor de componentes electrónicos DigiKey.

Una de las características de estos dispositivos es que mantienen ciclos mecánicos de cierre y de contacto de metal a metal, permitiendo el flujo de energía de la señal en cualquier dirección. Esto significa que una señal en uno de los cuatro polos puede pasar al polo común. Por el contrario, una señal en el polo común puede fluir hacia cualquiera de los cuatro polos conmutados.

El principio del interruptor de RF MEMS utiliza un par de contactos metálicos (denominados fuente y drenaje) con el contacto móvil en una viga en voladizo (puerta), que se mueve por una fuerza electrostática. (Fuente: Analog Devices).

 

Una de las compañías que ha estado pendiente de cualquier avance con respecto a estos componentes es el fabricante de circuitos integrados Analog Devices, que entre su portafolio ofrece una serie de switches RF MEMS con dos versiones: ADGM1004 y el ADGM1304.

En su ficha técnica, la compañía señala que estos conmutadores ponen en práctica una función clásica de cierre de contacto de encendido/apagado mecánico, y lo hacen dentro de un encapsulado del tipo LFCSP (paquete de escala de chip con marco de plomo) de 24 pines compatible con RF en miniatura de 5 × 4 × 1.45 mm (milímetros). Son capaces de conmutar en 30µs (microsegundos) y tienen un ancho de banda de CC a 13 o 14 GHz (respectivamente).

La eventual incorporación de los interruptores RF basados en MEMS en el campo de los smartphones apalancaría la diversidad de servicios que también estarían alineados con la llegada de la siguiente red de comunicaciones 5G, por lo que diversas compañías participantes en el segmento se dicen expectantes a los avances de esta propuesta de escalabilidad en los celulares.

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