Bei diesen Dual-Input-Fernsehern (analog und digital) ist ein Schaltelement, das über die gesamte Bandbreite arbeitet und sowohl im Netzbetrieb als auch im netzfreien Zustand eine hervorragende Linearität und Isolation bietet, entscheidend, um die Signalbeeinträchtigung des/der Tuner(s) zu minimieren. Bisher wurde maximale Isolation und Linearität durch mechanische Relais oder mehrere Halbleiterschalter erreicht. Ingenieure von Peregrine Semiconductor (San Diego, Kalifornien) haben kürzlich die firmeneigene UltraCMOS™-Technologie eingesetzt, um den PE42750 75W SPDT-Halbleiter-HF-Schalter (Abbildung 1) zu entwickeln. Dieser bietet die Breitbandleistung eines mechanischen Relais in einem Halbleiterbauelement. Das neue Bauteil nutzt außerdem die firmeneigene HaRP-Technologie für einen energiesparenden Betrieb (typischer Versorgungsstrom von 8 µA bei +3 V DC und 25 °C).
Zu den Vorteilen dieses Halbleiterschalters für Dual-TV-Systeme zählen seine wettbewerbsfähigen Kosten, die erhöhte Zuverlässigkeit, die geringe Größe und die einfache Implementierung. Der PE42750-Schalter arbeitet im Frequenzbereich von 5 bis 2200 MHz und ist für Breitbandanwendungen wie Kabelfernsehen (CATV), digitales Fernsehen (DTV), digitale Videorekorder (DVRs) mit mehreren Tunern, Set-Top-Boxen (STBs), PC-Fernseher und Spielekonsolen konzipiert. Im Gegensatz zu GaAs-basierten HF-Halbleiterschaltern für diesen Markt gewährleistet der UltraCMOS PE42750 auch im stromlosen Zustand eine hervorragende Isolation.
UltraCMOS ist eine patentierte Silizium-auf-Saphir (SOS)-Technologie, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften hervorragend für hohe Linearität und Isolation eignet. Da Saphir ein vollständig dielektrisches Substrat ist, das jeden Transistor isoliert, werden parasitäre Drain-Kapazitäten eliminiert und eine bessere Isolation zwischen den Schaltungselementen erzielt. Da zudem keine variablen Spannungskapazitäten oder parasitären Dioden an den Übergängen vorhanden sind, ermöglicht SOS eine hohe Linearität und Isolation.
Linearität
gibt an, wie gut ein Gerät die Signalintegrität erhält bzw. wie stark das Signal verzerrt wird. Um die Leistungsanforderungen in einer HF-Signalkette zu erfüllen und ein unverzerrtes Bild zu gewährleisten, ist eine hohe Linearität aller Komponenten im Signalweg des Tuners, einschließlich der Schalter, erforderlich. Linearität ist besonders wichtig in Anwendungen mit einem stark belegten Frequenzspektrum, wie z. B. Kabelfernsehen (CATV), da Nichtlinearitäten bei jeder Frequenz Oberwellen erzeugen. In einem stark belegten Spektrum liegt jede Oberwelle über einem anderen Kanal, wodurch das Signal auslöscht und das Bild verschlechtert oder vollständig eliminiert wird. Bei einem SPDT-Schalter kann die Linearität am Eingangs-Intercept-Punkt zweiter Ordnung (IIP2) gemessen werden. Der SPDT-Schalter PE42750 bietet beispielsweise einen IIP2-Wert von +100dBm, was 10 dB besser ist als bei einem vergleichbaren Bauteil, dem M/A COM GaAs SPDT MASW-00801 pHEMT-Schalter (Quelle: M/A COM Datenblatt http://www.macomtech.com/datasheets/MASW-008801.pdf).
Isolation:
Die zweite wichtige Spezifikation für einen CATV-SPFT-Switch ist die Isolation. Moderne Fernsehgeräte verfügen über mehrere Tuner und Signaleingänge, was eine hohe Ein- und Ausgangsisolation erfordert, um Signalverschlechterungen und eine schlechte Signalqualität zu vermeiden. Da Fernsehgeräte immer kleiner und komplexer werden, sind die Leiterplatten dichter bestückt, was die Isolation erschwert. Dies erfordert Switches mit höheren Isolationspegeln, die auch bei Stromausfall ein hohes Isolationsniveau aufrechterhalten. In den USA führte dieses Problem dazu, dass die FCC eine spektrale Maskenanforderung (Teil 15.115) für die Isolation entwickelte. Der PE42750 erfüllt alle diese Isolationsanforderungen und bietet 80 dB Isolation zwischen 54 und 216 MHz, 60 dB Isolation zwischen 216 und 550 MHz sowie 55 dB Isolation zwischen 550 und 806 MHz. Der PE42750 verhindert CATV-Leckagen über die Antenne, selbst bei Stromausfall, da alle Anschlüsse des Switches im stromlosen Zustand terminiert sind (siehe Abbildung 2). SPDT-Schalter anderer Hersteller garantieren keine dauerhafte Isolation im stromlosen Zustand. Bezogen auf die RFC-zu-RFX-Isolation (Verhinderung von Interferenzen zwischen den Kanälen) bietet der PE42750 eine um etwa 10 dB bessere Isolation als das vergleichbare GaAs-Bauteil.
Umweltfreundlich:
Der PE42750 HF-Schalter zeichnet sich neben seiner überragenden Leistung durch einen extrem niedrigen Stromverbrauch von typischerweise 8 µA bei einer 3-V-Gleichstromversorgung aus. Dies ist ein bedeutender Vorteil, da Hersteller von Unterhaltungselektronik bestrebt sind, den Stromverbrauch herkömmlicher Fernsehgeräte zu reduzieren. Da der PE42750 SPDT-Schalter im UltraCMOS-Verfahren anstelle von GaAs gefertigt wird, bietet er zudem inhärente Vorteile hinsichtlich der ESD-Festigkeit und ist somit robuster in der Fertigung und im Verbrauchereinsatz. Beispielsweise verfügt der PE42750 über einen ESD-Schutz von 2 kV HMB und 1 kV CDM an allen Ports, während ein vergleichbares GaAs-Bauteil wie der M/A COM MASW-00801 eine ESD-Schutzklasse von … aufweist.
Entwickler von Kabelfernsehsystemen (CATV), digitalen und PC-Fernsehsystemen (DTV/PCTV), digitalen Videorekordern mit mehreren Tunern (DVRs), Set-Top-Boxen (STBs) und Spielkonsolen, die Geräte für die HF-Signalkette auswählen, können von der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der UltraCMOS-Schalter erheblich profitieren.
Autor:
Peregrine Semiconductor
