运用可调谐射频元件 优化LTE天线性能与尺寸

至于RF-MEMS电容器的质量因子(Quality Factor)部分，其金属结杆显著的低电阻则提供关键的低耗损优势。低耗损在一般规格中以"Q值"(质量因子)来表示，Q值其实就是电阻抗(Reactive Impedance)(Xc)和实际阻抗(R_c)的比值，如公式2所示，其中ESR则是指电容器的「等效串联电阻」。
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥公式2

因此，若降低特定电容器(C)的ESR，自然就能提高Q值，而RF-MEMS结杆上的金属走线便提供极低ESR，且比其他技术要低很多。举例来说，在1GHz测量晶圆上所测得的RF-MEMS技术Q值，通常超过200，相较之下，同频率的典型CMOS电子元件的Q值，则通常不到30。

确保晶粒正确接地维持线性度 
 
手机射频前端元件的线性度，通常都是指双频的输入三阶交调载取点(Input Third-Order Intercept Point, IIP3)。RF-MEMS元件一般都是极具线性的，但却对双频的间距有点敏感。例如两个相近的频段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(Beat Frequency)变化，若该拍频低于或接近RF-MEMS元件的机械共振频率，就会测得较高的非线性度。

正如前述，机械共振会发生在50k～100kHz区间，故当频调间距在此范围内，MEMS元件的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元件上的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。

监控元件性能　参数指数/可靠度角色吃重

为监控及比对最先进的可调谐电容器，须使用一般的参数指数(Figure of Merit, FOM)，表示方式如公式3，其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)及晶粒面积成本等。
‥公式3

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

另一个可调谐RF-MEMS元件的关键问题为可靠度，除了所有半导体元件都须具备的可靠度条件外，这种接触型MEMS元件还有额外的二个可靠度问题须关注，包括黏附(Stiction)，例如由两个电容极板形成的联结，无法松开；以及磨损(Wear-out)，主要系因长时间重复使用而造成元件特性改变。

首先，黏附通常是随机发生的，可通过MEMS元件的设计方式来控制，以避免介质表面的金属与金属部分，或高电场部分有密切接触。目前市面上的最佳元件皆经过仔细设计，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黏附问题。

至于磨损则是元件失效的常见因素，可通过妥善设计机械MEMS结杆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电容元件，能持续运作超过150×106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。

功率/电压息息相关　慎防自行驱动为关键

由于MEMS元件是由整合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。

此外，射频信号也是随时间变化形成电压，此电压以射频频率震荡，通常远高于MEMS元件的自我共振频率；因此，射频电压不会"直接"调变MEMS元件。然而，元件是靠包含直流电与二次谐波的电压平方所驱动，这种有效直流电压，称为RMS电压(图3)。

图3 Vrms是射频信号所产生的直流电压；若要运用此图，须有0电位的基准及Vpeak值。

必须注意的是，若射频信号的RMS电压太高，就会造成MEMS元件"自行驱动"，因而造成即使程序要求转为低电容，元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，在射频的最大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50欧姆)，而V_peak是RF电压的峰值，如图3所示。
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥公式4  
此外，RMS电压则可用公式5算出：
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥公式5 
以50欧姆的系统来说，V_rms就是

，自行驱动并不会造成元件毁损。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。

协助电容器开/关　热调谐依RMS电压而定

由于RF-MEMS元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，因此，一旦静电力消失，