可调谐RF激活你的LTE投资

线性度
手机 RF前端器件的线性度，通常都是指双频的输入三阶截点（Input Third-Order Intercept Point，IIP3）。RF-MEMS器件一般都是极具线性的，但却对双频的间距有点敏感。两个相近的频调组合创造出电压包络，而其峰值为各频调之电压总和加上两个频调差之间的低拍频变化。若该拍频低于或接近RF-MEMS器件的机械共振频率，就会测得较高的非线性度。正如前述，机械共振会发生在 50-100kHz 区间。故当频调间距在此范围内，MEMS器件的IIP3就约为+70dBm；若频调间距更宽，其线性度就能提升至+80dBm以上。

另外要注意，如果晶粒没有正确接地，则在MEMS器件上的RF走线间与遮蔽下的CMOS电路，就可能产生调变。而此调变现象可能增加非线性度，因此确保晶粒正确接地是非常重要的。

参数指数（FOM）
为了监控及对比最先进的可调谐电容器，这里使用了一般的参数指数（Figure of Merit，FOM）。此 FOM能快速评估所有可调谐电容器技术，检测其损耗范围、电容率、功率承载力（power handling）及成本（晶粒面积）等。
公式(3)

          

其中：
C_R 为电容率：
V² 是电容器两端最大电压的RMS（Root-Mean-Square，均方根值）
Die Area 是指定电容所需晶粒面积
Ron 是接通状态下的总串联电阻

可靠度
除了所有半导体器件都须具备的可靠度条件外，这种接触型MEMS器件还有额外的二类可靠度问题须关注：
• 粘附（Stiction），由两个电容极板形成的联结，无法松开
• 磨损（Wear-out），因长时间重复使用而造成器件特性改变

粘附通常都是随机发生的，且可通过MEMS器件的设计方式来控制，以避免介质表面的金属与金属部分，以及（或）高电场部分有密切接触。目前市面上的最佳器件皆经过仔细设计，可避免驱动器相互接触，而唯一会产生接触现象的区域，就只有电容器部分。因此已可确定不会发生粘附问题。

至于磨损，是器件失效的常见因素，且可通过妥善设计机械MEMS梁（beam）与接触区的方式来控制。完整的产品级数组包含几十个RF-MEMS电容器件，能持续运作超过150 x 106个周期，而一个周期是指每一次客户通过SPI或RFFE接口进行的状态更改。

电压限制

自行驱动
MEMS器件是由集成电荷泵所产生的高阶直流电压所驱动。当此电压通过与电容极板相接的驱动器接头时，极板便会因静电力而被拉在一起。这就是电容从C_min切换C_max的原理。

RF信号也是随时间变化形成电压。此电压以RF频率震荡，通常远高于MEMS器件的自我共振频率。因此，RF电压不会“直接”调变MEMS器件。然而，器件是靠包含直流电与二次谐波的电压平方所驱动。这种有效的直流电压，就称为RMS（Root-Mean-Square均方根）电压（见图3）。RF信号的RMS电压若太高，就会造成MEMS器件“自行驱动”，因而造成即使程序要求转为低电容，器件却仍处于高电容状态的问题。要在手机前端达到如此高的电压，就需要高功率，通常要在36dBm以上，而在过滤器中或某些高度不协调的状况下，便可能发生高阻抗共振情形。因此，在RF的最大RMS电压通过驱动器终端时，就必须指定一个电容。

功率与电压的关系就如公式 (4) 所示，其中Z为系统的特性阻抗（通常为50Ω），而V_peak是RF电压的峰值，如图3所示。RMS电压则可用公式 (5) 算出。

公式(4)


图 3 Vrms 是 RF 信号所产生之直流电压
（若要运用此图，你还需有0电位的基准，以及Vpeak 值）


 公式(5)

以50Ω的系统来说，V_rms 就是

自行驱动并不会造成器件毁损。因此，根据电路配置和规格偏差容许度不同，在电压“绝对最大”的状况下，仍有可能再次产生上述的自我驱动现象。

热调谐
RF-MEMS器件会因高电压驱动器产生的静电力而闭合，且会随着驱动电压的移除而打开。一旦静电力消失，梁（beam）的弹力就会将RF-MEMS器件恢复为打开状态。基于各种原因，这种弹力通常会比静电力小。

恢复弹力较低就表示器件一旦闭合后，将只在驱动电压降至“释放电压”以下时才会重新打开。RF-MEMS电容器的释放电压远低于驱动电压，大约只有8V。在一般运作情况下并不构成问题，因为集成电容器驱动程序会彻底移除驱动电压以打开电容器。

若RF信号中的RMS电压通过某个MEMS电容，且该电压超过释放电压，就会造成已驱动的MEMS器件无法打开。这会限制电容器切换至低电容状态时可提供的RF功率。此时的功率等级，又会再次因电路配置和负载阻抗（load impedance）而产生不同程度的问题（VSWR，电压驻波比），因此除非已知电路配置，否则热调谐范围就必须依据RMS释放电压来设定。

在一般的通信系统中，调谐器通常会在数据传送流的暂停期间被重新设定。这就是所谓WCDMA的“压缩模式”，或DTX的一般通信状态。另外，许多需要热调谐的系统都以较低的RMS电压运作，所以一般不需要超出全功率范围的热调谐功能。