CN113644632B - 一种基于mems串联开关的高功率自动保护电路 - Google Patents

一种基于mems串联开关的高功率自动保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，包括功分器、整流器、电压比较器、MEMS串联开关，当功分器功率输入口输入功率小于等于设定的安全阈值，且电压比较器输入电压小于等于基准电压时，电压比较器输入到MEMS串联开关的电压为低电平，MEMS串联开关处于闭合状态；当功分器功率输入口输入功率大于设定的安全阈值，且电压比较器输入电压大于基准电压时，电压比较器输入到MEMS串联开关的电压为高电平，MEMS串联开关断开。本发明能够在高功率输入条件下自适应地断开信号通路，即便输入信号功率大小存在波动的情况下，也能自适应地选择开关的开启或断开状态。

Description

一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路
技术领域
本发明属于微电子领域，具体为一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路。
背景技术
微波发射机发射出的电磁脉冲能量会通过电子系统上的天线等接收设备进入系统，导致严重的干扰、扰乱甚至损坏，特别是通过天线耦合进入射频通道的电磁脉冲会破坏敏感器件。因此在接收天线后端设置高功率保护电路，对进入电子系统内部的电磁脉冲电压或电流进行抑制，保护电路中的敏感模块免遭损坏至关重要。目前用于高功率防护的主要方式是微波固态加固技术，即通过限制天线或传感器的耦合，降低入口有效面积，以及通过各种形式的滤波和级联限幅限制耦合能量传播到系统内部，减少入口和系统内部敏感组件间的耦合。这种微波固态加固技术存在插入损耗较大、高功率情况下易击穿，且无法根据输入功率的大小进行自适应防护等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，包括功分器、整流器、电压比较器、MEMS串联开关，其中，所述功分器的其中一个分口与所述整流器的输入端连接，所述整流器的输出端与所述电压比较器的一个输入端连接，所述电压比较器的另一个输入端上加载基准电压，所述电压比较器的输出端与所述MEMS串联开关的电压输入口连接，所述功分器的另一个分口与所述MEMS串联开关功率输入口连接，所述MEMS串联开关上加载有控制电压，当功率输入口输入功率小于等于设定阈值，且电压比较器输入电压小于等于基准电压时，电压比较器输入到MEMS串联开关的电压为低电平，MEMS串联开关处于闭合状态；当功率输入口输入功率大于设定阈值，且电压比较器输入电压大于基准电压时，电压比较器输入到MEMS串联开关的电压为高电平，MEMS串联开关断开。
优选地，所述MEMS串联开关包括衬底、第一传输线、MEMS悬臂梁、上拉电极、下拉电极、介质层、第二传输线，所述第一传输线、第二传输线设置在衬底上，所述MEMS悬臂梁横跨在第一传输线开路端与第二传输线开路端之间，MEMS悬臂梁的一端与第一传输线相连，另一端悬空在第二传输线上方，上拉电极一端固定在衬底上，另一端悬空在MEMS悬臂梁上方，下拉电极设置在衬底与第二传输线开路端之间，介质层覆盖在第二传输线上，所述控制电压加载在下拉电极上，所述电压比较器的另一端与上拉电极连接。
优选地，所述下拉电极上的控制电压设置为MEMS悬臂梁的开启电压Um与电压比较器低电平UL之和。
优选地，所述介质层为Si3N4。
优选地，所述功分器的其中一个分口输出的功率值P1与另一个分口输出的功率值P2满足以下比例关系：P1/P2＝1/N，N≥1。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
本发明能够在高功率输入条件下自适应地断开信号通路，即便输入信号功率大小存在波动的情况下，也能自适应地选择开关的开启或断开状态；
本发明的MEMS串联开关在断开时隔离度较高，导通时插入损耗较小，具有较好的微波特性；
本发明的MEMS结构不易击穿，电路可靠性高；
本发明结构简单，操作方便。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路结构俯视图。
图2为MEMS串联开关的结构A-A’截面侧视图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，包括功分器1、整流器2、电压比较器3、MEMS串联开关4，其中，所述功分器1的其中一个分口与所述整流器2的输入端连接，所述整流器2的输出端电压U1与所述电压比较器3的一个输入端连接，所述电压比较器3的另一输入端上加载基准电压Uref，所述电压比较器3的输出端电压Uo与所述MEMS串联开关4的电压输入口连接，所述功分器1的另一个分口与所述MEMS串联开关4功率输入口连接，所述MEMS串联开关4上加载有控制电压Uc，当功率输入口输入功率小于等于设定阈值，且电压比较器3输入电压U1小于等于基准电压Uref时，电压比较器3输入到MEMS串联开关4的电压Uo为低电平，MEMS串联开关4处于闭合状态；当功率输入口输入功率大于设定阈值，且电压比较器3输入电压U1大于基准电压Uref时，电压比较器3输入到MEMS串联开关4的电压Uo为高电平，MEMS串联开关4断开。
进一步的实施例中，如图2所示，所述MEMS串联开关4包括衬底5、第一传输线6、MEMS悬臂梁7、上拉电极8、下拉电极9、介质层10、第二传输线11，所述第一传输线6、第二传输线11设置在衬底5上，所述MEMS悬臂梁7横跨在第一传输线6开路端与第二传输线11开路端之间，MEMS悬臂梁7的一端与第一传输线6相连，另一端悬空在第二传输线11上方，上拉电极8一端固定在衬底5上，另一端悬空在MEMS悬臂梁7上方，下拉电极9设置在衬底5与第二传输线开路端11之间，介质层10覆盖在第二传输线11上，所述控制电压Uc加载在下拉电极9上，所述电压比较器3的输出端与上拉电极8连接。
进一步的实施例中，所述功分器1的其中一个分口输出的功率值P1与另一个分口输出的功率值P2满足以下比例关系：P1/P2＝1/N，N≥1。
进一步的实施例中，电压比较器的一个输入端输入的是功分器第一分支上的电压U1，另一个输入端接的是基准电压Uref，基准电压Uref与后端电路能承受的最大功率Pmax所对应的电压幅值Umax满足以下关系：
Figure BDA0003142881610000031
进一步的实施例中，所述功分器输入端的安全阈值Psafe设置为：
Figure BDA0003142881610000032
进一步的实施例中，所述介质层10为Si3N4。
电压比较器比较输入电压U1与基准电压Uref的大小关系，并产生一个输出电压Uo，Uo加载在MEMS悬臂梁的上拉电极上，输出电压Uo可通过公式(1)表示。
Figure BDA0003142881610000033
即，当U1≤Uref时，电压比较器输出的信号Uo为低电平UL，当U1>Uref时，电压比较器输出的信号Uo高电平UH。
控制电压Uc加载到MEMS串联开关的下拉电极上，Uc的大小设置为MEMS悬臂梁的开启电压Um与电压比较器低电平UL之和，即，Uc＝Um+UL。
当功率输入口输入功率小于等于设定阈值，U1≤Uref时，上拉电极上的电压为UL，下拉电极上的电压是Uc＝Um+UL，在下拉电极与上拉电极的共同作用下，MEMS悬臂梁总体受到的电压作用为其开启电压Um，悬臂梁被激励后与第二传输线开路端接触，开关处于开启状态，信号能够正常传输至后端电路。
当功率输入口输入功率大于设定阈值时，U1>Uref，下拉电极上施加的电压Uc＝Um+UL，MEMS梁上拉电极上的电压为UH，在下拉电极与上拉电极的共同作用下，MEMS悬臂梁总体受到的电压作用小于其开启电压Um，悬臂梁的内在回复力使其自动回到悬浮状态，开关处于断开状态，电路中断，信号无法传输，起到高功率自动保护作用。
即便输入信号功率存在波动，电压比较器也能随着输入信号的波动改变Uo的大小，自适应地选择开关的开启或者断开。
一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，MEMS串联开关的状态由上拉电极和下拉电极共同作用，当输入端功率在正常范围以内时，MEMS串联开关处于闭合状态，信号可以正常传输；当输入端功率高于正常值时，MEMS串联开关自动转换到断开状态，信号无法传输，对后续电路起到保护作用。

Claims (4)

1.一种基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，其特征在于，包括功分器(1)、整流器(2)、电压比较器(3)，具有双控制电极的MEMS串联开关(4)，所述功分器(1)的其中一个分口与所述整流器(2)的输入端连接，所述整流器(2)的输出端与所述电压比较器(3)的一个输入端连接，所述电压比较器(3)的另一个输入端加载基准电压，所述电压比较器(3)的输出端与所述MEMS串联开关(4)的上拉电极(8)电压输入口连接，所述功分器(1)的另一个分口与所述MEMS串联开关(4)功率输入口连接；
所述MEMS串联开关(4)包括衬底(5)、第一传输线(6)、MEMS悬臂梁(7)、上拉电极(8)、下拉电极(9)、Si3N4介质层(10)、第二传输线(11)，所述第一传输线(6)、第二传输线(11)设置在衬底(5)上，所述MEMS悬臂梁(7)横跨在第一传输线(6)开路端与第二传输线(11)开路端之间，MEMS悬臂梁(7)的一端与第一传输线(6)相连，另一端悬空在第二传输线(11)上方，上拉电极(8)一端固定在衬底(5)上，另一端悬空在MEMS悬臂梁(7)上方，下拉电极(9)设置在衬底(5)与第二传输线(11)开路端之间，Si3N4介质层(10)覆盖在第二传输线(11)上，所述电压比较器(3)的输出端与上拉电极(8)连接，所述下拉电极(9)上加载控制电压，所述下拉电极(9)上的控制电压设置为MEMS悬臂梁的开启电压Um与电压比较器低电平UL之和，所述上拉电极(8)和下拉电极(9)构成双控制电极结构，共同决定MEMS串联开关(4)的工作状态；
所述功分器(1)功率输入口输入功率小于等于设定的安全阈值，且电压比较器(3)输入电压小于等于基准电压时，电压比较器(3)输入到MEMS串联开关(4)的电压为低电平，MEMS串联开关(4)处于闭合状态，信号能够正常传输，电路具有低插入损耗；所述功分器(1)的功率输入口输入功率大于设定的安全阈值，且电压比较器(3)输入电压大于基准电压时，电压比较器(3)输入到MEMS串联开关(4)的电压为高电平，MEMS串联开关(4)断开，MEMS悬臂梁(7)处于悬浮状态，信号通路中断，电路具有高隔离度和高抗击穿性。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，其特征在于，所述功分器(1)的输入功率Pin分配到两个分口上，其中一个分口输出的功率值P1与另一个分口输出的功率值P2满足以下比例关系：P1/P2＝1/N，N≥1。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，其特征在于，所述电压比较器(3)的基准电压Uref与后端电路能承受的最大功率Pmax所对应的电压幅值Umax满足以下关系：
Figure FDA0003624539580000021
4.根据权利要求1所述的基于MEMS串联开关的高功率自动保护电路，其特征在于，所述功分器(1)输入端输入功率的安全阈值Psafe与后端电路能承受的最大功率Pmax的关系为：Psafe＝(1+1/N)Pmax，N≥1。
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CN101620952B (zh) * 2008-12-19 2012-06-20 清华大学 一种欧姆接触式射频开关及其集成工艺
CN102623253A (zh) * 2012-04-11 2012-08-01 中国科学院半导体研究所 一种快速射频微机械开关
CN106571779B (zh) * 2016-10-31 2019-11-01 成都九洲迪飞科技有限责任公司 节能型自适应功率放大器
CN213367734U (zh) * 2020-11-10 2021-06-04 成都嘉晨科技有限公司 脉冲功放过激励过脉宽保护电路
CN112383283B (zh) * 2020-11-19 2023-05-26 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种双模固态功率放大器的保护电路

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