RF開關用于從多個可用信號源中選擇所需信號，或將信號路由到所需信道，如分集天線系統，雷達以及測試和測量設置等應用。開關（有時稱為繼電器）可以使用類似于非RF開關的機電（EM）設計構建，但現在已經被開關IC取代，除了在IC不足的高功率應用中，以及一些非常特殊情況或開關需要多極（觸點）。

還有基于MEMS技術的RF開關復制機電設計但使用IC制造技術。本文重點介紹基于IC的固態開關，該開關采用SPDT（單刀雙擲）布置（圖1），通常采用FET和PIN二極管作為其核心開關元件。

圖1：SPDT RF開關在概念上很簡單，控制信號指示開關將輸入路由到兩個可能的輸出中的任何一個。 （由Skyworks Solutions提供）

這些是定義RF開關性能的許多參數，并且大多數參數必須與電源電壓，溫度，頻率，功率電平和其他因素進行表征。有些在特定應用中尤其重要，而有些則可能不那么重要。請注意，大多數RF開關設計用于50Ω操作，但有些設計用于75Ω標準的有線電視。鑒于這些開關運行的頻率很高，許多供應商現在提供S參數和史密斯圓圖作為其數據表規格的部分（有關背景，請參閱TechZone文章“史密斯圓圖：一個‘古代’圖形工具仍然在RF設計中仍然至關重要“），幫助工程師確定整體信號路徑性能，匹配元件阻抗以實現最小損耗，以及建模系統性能。

工程師必須檢查的第一個參數是開關的頻率范圍。例如，交換機的性能可以完全指定為1至5 GHz，或3至10 GHz，或者僅限于2.4 GHz Wi-Fi頻段等有限頻段（盡管交換機的工作范圍較小，但不保證范圍之外的范圍）。由于潛在的半導體物理特性，基于PIN二極管的RF開關往往在較低頻率下性能降低，而基于FET的器件可以在極低頻率甚至DC下工作。

功率處理是下一個關鍵因素。然而，它不僅僅是交換機在故障發生之前能夠處理多少功率，而是它在不同功率水平下的性能。今天的復雜調制方案和高平均信號功率比意味著交換機必須提供足夠的線性度，相鄰信道泄漏比（ACLR），失真，三階互調產物（IP3）和帶內誤差矢量性能在感興趣的功率水平下的幅度（EVM）。

在某些應用中，與頻率范圍無關的切換速度也很重要。雖然供應商的定義各不相同，但最常見的開啟時間定義是在開關“位置”發生變化后，開關RF輸出達到其最終值的90％的時間;關閉時間是減少到最終值的10％的時間。 IC開關的開啟/關閉時間大約為微秒甚至納秒（與EM開關相比，它們在毫秒范圍內）。與開關速度密切相關，在許多應用中更為重要的是建立時間，當RF輸出穩定在最終值的0.1 dB或甚至0.05 dB之內時，因為電路在達到非常接近之前不能對信號起作用在許多應用中，它是最終的，正確的閥門插入損耗定義了信號路徑中的衰減。由于通道間電阻，它們對負載阻抗和相關信號反射的導通電阻的增加以及通過內部電容的泄漏，所有IC開關都會導致它們路由信號的一些損耗。插入損耗通常介于0.5和2 dB之間，供應商可以定制內部電阻和電容，以最大限度地減少指定工作頻段內的損耗，但代價是降低該頻段外的插入損耗。

隔離規范定義了傳輸RF信號到開關的斷開（或脫離）拋出。開關設計人員可以再次設計利用器件物理特性的拓撲結構，并在不同頻率下實現單獨的折衷。因此，寬帶開關在較低頻率下可能具有80或甚至90 dB的隔離度，但在較高頻率下僅具有30至40 dB的隔離度。

視頻饋通表征當開關改變信號路徑時出現在開關輸出端的電壓瞬變，甚至如果當時沒有信號。在設計具有AGC（自動增益控制）的高增益放大器時非常重要，AGC旨在有意降低其增益以響應信號電平的增加。

驅動和功耗表明電子信號的類型和數量是多少需要管理交換機控制線，以及交換機本身作為有源設備的功率，與直流交換機不同，即使在不改變其路由路徑時也會消耗。 （請注意，EM開關在切換時具有相對較高的功率需求，但切換時為零耗散，因為它們是無源器件。）

所有開關都存在可靠性問題。作為沒有移動部件的設備，如果在其額定值內使用，IC開關可以“無限期地”（數億次循環）運行，而EM開關可以僅指定數百萬次循環。然而，升高的溫度和熱循環會降低IC開關的壽命，并且可能因過量的電源或ESD事件而損壞開關。最后，還有開關端接配置。 RF開關設計為反射開路或反射短路（有時稱為吸收）設備。反射開路開關在開路連接上沒有到系統地的分路，因此可以最大限度地減少未使用端口的負載。相比之下，反射 - 短路開關配置具有50Ω的接地終端路徑（分流器），因此信號線上沒有反射，因此無論開關狀態如何，都具有低VSWR（垂直駐波比）。許多開關都有兩種格式，但規格幾乎相同。

不同的IC滿足不同需求

Hittite Microwave Corp.（現為ADI公司的一部分）HCM545是一款基本的GaAs SPDT開關，（圖2），指定用于DC到3 GHz的操作，針對蜂窩基礎設施，無線LAN，汽車設計和測試設備。它具有0.25 dB的典型損耗和+65 dBm的輸入IP3，并且在“關閉”時在其端口上設計有反射短路。它由CMOS/TTL信號（0/+ 3 V至0/+ 8 V）控制，采用小型6引腳SOT26塑料封裝。

圖2：Hittite HCM545使用基本的74C系列CMOS驅動器來操作信號路徑控制引腳。

對于更高頻率的覆蓋但沒有DC性能，Skywork Solutions的反射短路SKY13350-385LF GaAs SPDT開關覆蓋0.01典型插入損耗為0.35 dB，典型隔離度為25 dB，均為3 GHz。它可以處理高達32 dBm的功率，10/90％的開關速度為45 ns。與幾乎所有RF組件一樣，性能是電源電壓的函數;圖3顯示了IEEE 802.11a 5.2至5.8 GHz頻段內各種電源電壓的EVM與輸出功率。

圖3：幾乎所有有源RF組件對電源敏感電壓，溫度和功率水平;以下是Skyworks Solutions公司的SKY13350-385LF的EVM與供電電壓和功率水平的變化。

對于頻率更高的設計，M/A-Com MASW-002103-1363 SPDT開關是從50 MHz至20 GHz，最高可達26 GHz;功率處理能力為38 dBm。插入損耗（圖4）在該范圍的低端約為0.4 dB，在20 GHz時增加到1.0 dB，在25 GHz時增加到1.6 dB。

圖4：開關的插入損耗隨著頻率的增加而增加;在這里，M/A-Com MASW-002103-1363 SPDT開關損耗顯示在DC至26 GHz之上。雖然大多數RF開關使用GaAs或CMOS技術，但Peregrine Semiconductor使用專有的UltraCMOS工藝（專利變體）藍寶石襯底上的絕緣體上硅（SOI）技術提供了他們所聲稱的GaAs的性能與經濟和傳統CMOS的集成。他們的PE42520MLBA-Z吸收式RF開關專為測試/ATE和無線應用而設計。它的頻率范圍為9 kHz至13 GHz，功率處理額定值為36 dBm連續波（CW），38 dBm瞬時功率@ 8 GHz，50Ω。插入損耗分別在3，10和13 GHz時為0.8，0.9和2.0 dB，而在相同頻率點的隔離度為45，31和18 dB。與所有RF開關一樣，插入損耗也是溫度的函數（圖5）。

圖5：與大多數其他開關參數一樣，插入損耗也是溫度的函數;對于Peregrine Semiconductor PE42520MLBA-Z SPDT開關，它在-40°C至+ 85°C時增加約0.5 dB。