毫米波人体安检仪开关芯片分析比较
品慧电子讯民航局公布数据显示，2019年中国民航完成运输旅客6.6亿人次，同比增长7.9%。随着中国经济的蓬勃发展和未来人们出行需求的增加，我国航空业必将高速并持续增长。由此可见，航空安全将成为保证我国航空业可持续发展的重要因素。此次疫情，让人们意识到无接触安检会成为未来发展的必然趋势。民航局称，未来毫米波人体成像设备将逐步取代民用机场沿用26年的金属探测门，旅客也将体验到更加安全、高效的人身安检服务。
因此，毫米波安检设备在民航领域有可能迎来大幅增长。目前，市场上毫米波安检设备的工作频率主要集中在8mm频段，一台毫米波安检设备往往由上百个收发通道组成，为了提高通道的复用率以达到降低成本的目的，安检仪中需要使用大量的开关芯片。因此，开关芯片是毫米波安检设备中的关键芯片，其性能、成本和批产的一致性对安检设备有着至关重要的影响。
同方威视毫米波人体安检仪
河北雄安太芯电子科技有限公司，致力于毫米波、太赫兹核心芯片的研发，在毫米波开关芯片的研制上，投入了大量的人力及物力，成功研制出毫米波安检开关系列化芯片。目前本公司有7款毫米波开关芯片，包含PIN开关芯片、FET开关芯片以及表贴式FET开关芯片。下面分别介绍各种开关的特点：
TCC1906S是本公司研制的一款毫米波PIN开关，其性能指标达到国际先进水平（见表1），当前毫米波安检设备中使用的开关绝大部分是这种类型开关。PIN开关最大的优点是具有较小的损耗，但缺点也十分明显：
1. 开关芯片在装配时，需要添加额外的偏置电路，因此需要大量的金丝键合以及电容、电感等元器件，使芯片的装配成本大幅提升，并且装架键合工艺复杂，生产效率不高。
2. 金丝键合工艺的一致性较差，导致安检仪通道间的一致性差。
3. PIN开关存在一定功耗，而安检设备中需要大量的开关，因此开关的总功耗不可忽略。
针对目前PIN开关存在的问题，公司采取了两步关键的技术创新：
第一步：开关工艺由PIN工艺改进为低损耗的FET工艺，这使得开关不再需要额外添加偏置电路，同时FET开关零功耗，降低了成本，减小功耗。
第二步：将FET开关裸芯片进行封装，实现开关表贴装配，大大降低了整机装配难度，提升了生产效率，同时装配的一致性也得以显著提升。
通过以上两个步骤，本公司实现了FET开关的表贴式封装，解决了目前PIN开关存在的问题，具有以下三大优势：
● 免键合：芯片无需金丝键合和外置偏置电路，着重解决了芯片裸片需要多次键合带来的批量装配困难、批次生产一致性差的问题，该表贴开关芯片采用标准表贴工艺即可，装配简单、可重复性好，易于量产。
● 零功耗：采用FET工艺，开关无功耗。
● 综合成本低：封装开关价格上虽比裸芯片贵一些，但其无需外加偏置电路，如电容、电感等，装配十分简易，无需键合，大幅降低装配成本，因此其综合成本是显著降低的。
到这里，有些朋友可能还存在一个疑问，上面的表贴开关确实解决了目前PIN开关存在的很多问题，但唯一不足的是损耗略微增大了一些，大概1dB左右。其实这个问题大可不必担心，因为在8mm频段，功率源是非常成熟的，我们只需将源的输出功率增大一些，就可以完全弥补开关的损耗，这实现起来是轻而易举的，这样我们通过极小的代价解决了目前毫米波安检开关使用中诸多棘手的问题，何乐而不为呢？
下面我们以TCS1952S为例，TCS1952S是一款Ka波段单刀四掷开关芯片，频率范围覆盖20GHz~32GHz，插入损耗典型值为2.2dB，隔离度大于28dB，射频输入P1dB为20dBm。芯片采用先进的塑封工艺，通过球栅阵列(BGA)的方式实现信号传输，互联密度高、体积小、重量轻、装配简单、无需键合，适用于SMT表贴工艺。
在片测试曲线（TA=+25℃）
Freq_input=15~40GHz，
Pwr_input=-15dBm；
插入损耗、回波损耗均为对应端口开态时的测试曲线。
建议装配图如下所示：
然后我们再来看看TCS1953S，TCS1953S 是一款 Q 波段单刀四掷开关芯片，频率范围覆盖32GHz~40GHz，插入损耗典型值为2.8dB，隔离度大于28dB，射频输入P1dB为20dBm。芯片采用先进的塑封工艺，通过球栅阵列(BGA)的方式实现信号传输，互联密度高、体积小、重量轻、装配简单、无需键合，适用于SMT表贴工艺。
在片测试曲线（TA=+25℃）
Freq_Input=25GHz~45GHz，
Pwr_Input=-15dBm；
插入损耗、回波损耗均为对应端口开态时的测试曲线
建议装配图如下所示：
因此，本公司所研制的开关芯片与市场的契合度极高，有望提升毫米波安检设备的批产一致性、提高产能、降低成本，从而提高设备的综合竞争力。作为芯片的研制单位，我们坚持为整机用户提供低成本、高可靠和方便好用的产品，同整机用户一起为推动新型人体安检设备的实用化进程贡献我们微薄的力量。
来源：太芯科技
推荐阅读：
靠近接地摆动——单电源工作
在多通道应用中使用放大器禁用功能代替多路复用器
模拟开关和多路复用器基础参数介绍
Maxim加快生产基础医疗器件，全力支持新冠疫情全球防控
贸泽联手TI推出全新电子书，重点介绍楼宇自动化技术
