高隔离度硅单刀双掷（SPDT）非反射开关 HMC1118 深度解析

在电子工程领域，高性能的开关对于信号处理和系统性能起着至关重要的作用。今天我们就来详细探讨一款出色的开关——HMC1118，它是一款通用型、宽带、非反射单刀双掷（SPDT）开关，适用于多种应用场景。

文件下载：EV1HMC1118LP3D.pdf

一、产品特性

1. 电气性能卓越

• 低插入损耗：在 8.0 GHz 时插入损耗仅为 0.68 dB，在 9 kHz 至 3.0 GHz 频率范围内典型插入损耗为 0.5 dB，最大为 1.0 dB，这意味着信号在传输过程中的损失很小，能够保证信号的高质量传输。
• 高隔离度：在 8.0 GHz 时隔离度大于 48 dB，能够有效减少信号之间的干扰，确保系统的稳定性。
• 高功率处理能力：通过路径的功率处理能力达到 35 dBm，终止路径为 27 dBm，能够承受较高的功率，适用于高功率应用场景。
• 高线性度：1 dB 压缩点（P1dB）典型值为 37 dBm，输入三阶截点（IIP3）典型值为 62 dBm，保证了信号的线性度，减少失真。

  2. 控制与响应特性

• 正控制逻辑：采用 0 V/3.3 V 正控制电压逻辑线，便于与其他电路集成和控制。
• 快速响应：稳定时间（最终 RFOUT 的 0.05 dB 裕度）为 7.5 μs，开关速度快，能够满足快速切换的需求。

  3. 其他特性

• ESD 防护：人体模型（HBM）静电放电（ESD）额定值为 2 kV，具有较好的静电防护能力，提高了产品的可靠性。
• 无低频杂散：在低频段不会产生杂散信号，保证了信号的纯净度。
• 封装形式：采用 3 mm × 3 mm、16 引脚的 LFCSP 表面贴装封装，体积小巧，便于集成到各种电路板中。

二、应用领域

HMC1118 的高性能使其在多个领域得到广泛应用：

• 测试仪器：在测试仪器中，需要高精度、低损耗的开关来切换信号，HMC1118 的低插入损耗和高隔离度能够满足测试仪器对信号质量的要求。
• 微波无线电和甚小口径终端（VSAT）：在微波通信系统中，需要开关来切换不同的信号路径，HMC1118 的宽带特性和高功率处理能力能够适应微波无线电和 VSAT 的工作要求。
• 军事无线电、雷达和电子对抗措施（ECM）：在军事领域，对设备的可靠性和性能要求极高，HMC1118 的高隔离度、高线性度和快速响应特性使其能够满足军事应用的需求。
• 光纤和宽带电信：在光纤和宽带通信系统中，需要开关来实现信号的切换和路由，HMC1118 的低损耗和高隔离度能够保证信号的高效传输。

三、电气规格

1. 电气参数

参数	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
插入损耗	9 kHz 至 3.0 GHz	-	0.5	1.0	dB
关态隔离度	9 kHz 至 13.0 GHz	-	9	-	dB
射频稳定时间	50% VCTRL 到最终 RF OUT 的 0.05 dB 裕度	-	7.5	-	µs
开关速度（tRISE/tFALL）	10%/90% RF，50% VCTRL 到 10%/90% RF，1 MHz 至 13.0 GHz	-	0.85	-	µs
输入功率	通过路径	-	35	-	dBm
输入三阶截点（IIP3）	双音输入功率每个音调为 14 dBm，1 MHz 至 13.0 GHz	-	62	-	dBm

2. 数字控制电压

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	测试条件/注释
输入控制电压（低）	VIL	-0.3	-	+0.8	V	<1 µA 典型
输入控制电压（高）	VIH	2.0	-	VDD + 0.3	V

3. 偏置和电源电流

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
电源电流（VDD = 3.3 V）	IDD	-	20	200	µA
电源电流（VSS = -2.5 V）	ISS	-	0.5	10	µA

4. 绝对最大额定值

参数	额定值
正电源电压（VDD）范围	-0.3 V 至 +3.7 V dc
负电源电压（VSS）范围	-2.8 V 至 +0.3 V
控制电压（VCTRL）范围	-0.3 V 至 VDD + 0.3 V
逻辑选择（LS）电压范围	-0.3 V 至 VDD + 0.3 V
射频输入功率（VDD/VCTRL = 3.3 V，VSS = -2.5 V，TA = 85°C，频率 = 2 GHz）	通过路径：37 dBm；终止路径：28 dBm
热开关功率电平（VDD = 3.3 V，TA = 85°C，频率 = 2 GHz）	30 dBm
存储温度范围	-65°C 至 +150°C
最大回流温度（MSL3 评级）	260°C
通道温度	135°C
热阻（通道到封装底部）	通过路径：116°C/W；终止路径：100°C/W
ESD 敏感度（HBM），2 类	2 kV

四、引脚配置与功能描述

1. 引脚配置

引脚编号	助记符	描述
1, 2, 4 至 6, 8, 13, 15, 16	GND	接地。封装底部有一个暴露的金属焊盘，必须连接到印刷电路板（PCB）的 RF/dc 接地。
3	RFC	RF 公共端口。该引脚为直流耦合，匹配到 50 Ω。如果 RF 线电位不等于 0 V dc，则需要一个隔直电容。
7	RF2	RF2 端口。该引脚为直流耦合，匹配到 50 Ω。如果 RF 线电位不等于 0 V dc，则需要一个隔直电容。
14	RF1	RF1 端口。该引脚为直流耦合，匹配到 50 Ω。如果 RF 线电位不等于 0 V dc，则需要一个隔直电容。
9	VSS	负电源电压引脚。
10	VCTRL	控制输入引脚。
11	LS	逻辑选择输入引脚。
12	VDD EPAD	正电源电压引脚。暴露焊盘。暴露焊盘必须连接到印刷电路板（PCB）的 RF/dc 接地。

2. 真值表

控制输入		信号路径状态
LS	VCTRL	RFC 到 RF1	RFC 到 RF2
高	低	导通	关断
高	高	关断	导通
低	低	关断	导通
低	高	导通	关断

五、工作原理

1. 电源供应

HMC1118 需要在 VDD 引脚施加正电源电压，在 VSS 引脚施加负电源电压。建议在电源线上使用旁路电容，以最小化 RF 耦合。该开关也可以在仅施加正电源电压到 VDD 引脚，而将负电压输入引脚（VSS）连接到地的情况下工作，但可能会导致输入功率压缩和三阶截点的性能下降。

2. 控制方式

通过向 VCTRL 引脚和 LS 引脚施加两个数字控制电压来控制 HMC1118。建议在这些数字信号线上使用小值旁路电容，以提高 RF 信号隔离。

3. 匹配特性

HMC1118 在 RF 输入端口（RFC）和 RF 输出端口（RF1 和 RF2）内部匹配到 50 Ω，因此不需要外部匹配组件。RF1 和 RF2 引脚为直流耦合，如果 RF 电位不等于 0 V 的共模电压，则需要在 RF 路径上使用隔直电容。该设计是双向的，输入和输出可以互换。

4. 上电顺序

理想的上电顺序如下：

1. 给 GND 上电。
2. 给 VDD 和 VSS 上电，相对顺序不重要。
3. 给数字控制输入上电，逻辑控制输入的相对顺序不重要。在 VDD 电源之前给数字控制输入上电可能会无意中正向偏置并损坏内部 ESD 保护结构。
4. 给 RF 输入上电。

5. 逻辑选择

逻辑选择（LS）允许用户定义 RF 路径选择的控制输入逻辑序列。当 LS 引脚设置为逻辑高时，当 VCTRL 为逻辑低时，RFC 到 RF1 路径导通；当 VCTRL 为逻辑高时，RFC 到 RF2 路径导通。当 LS 设置为逻辑低时，情况相反。

六、评估 PCB

1. 设计要求

使用适当的 RF 电路设计技术生成评估 PCB。RF 端口的信号线必须具有 50 Ω 阻抗，封装接地引脚和背面接地块必须直接连接到接地平面。

2. 物料清单

项目	描述	制造商
J1 至 J3	PC 安装 SMA RF 连接器	-
TP1 至 TP5	通孔安装测试点	-
C1, C5	100 pF 电容，0402 封装	-
U1	HMC1118 SPDT 开关	Analog Devices, Inc.
PCB	600 - 01012 - 00 - 1 评估 PCB，Rogers 4350 电路板材料	EV1HMC1118LP3D, Analog Devices, Inc.

七、外形尺寸与订购指南

1. 外形尺寸

采用 16 引脚的 LFCSP 封装，尺寸为 3 mm × 3 mm，封装高度为 0.85 mm。

2. 订购指南

型号	温度范围	MSL 评级	封装描述
HMC1118LP3DE	-40°C 至 +85°C	MSL3	16 引脚引线框架芯片级封装 [LFCSP]
HMC1118LP3DETR	-40°C 至 +85°C	MSL3	16 引脚引线框架芯片级封装 [LFCSP]

HMC1118 以其卓越的性能和广泛的应用领域，为电子工程师在设计高性能开关电路时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和设计要求，合理选择和使用这款开关，以充分发挥其优势。大家在使用 HMC1118 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。