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重新发明的机电开关并将新技术推向市场

时间:2018-06-05 10:57:45  来源:  作者:

 Russ Garcia(Menlo Microsystems首席执行官)在电子系统和半导体行业拥有30年的经验。他最近告诉我们有关位于加利福尼亚州Irvine的Menlo Micro创新的数字微开关(DMS)平台,并分享了他对公司解决方案如何改进各种技术(从通信网络到电动汽车)的想法。  

拉斯加西亚(首席执行官)
 
 
CJ Abate:Menlo Microsystems于2016年推出了通用电气的分拆产品。什么是数字微型开关技术?
 
Russ Garcia:Menlo Micro的数字微动开关平台是对最基本的电子功能 - 开关的改造。对于那些设计电子系统的市场机会超过200亿美元的人来说,这是一个改变游戏规则的人。它有潜力服务于多个行业,包括:下一代5G移动网络,工业物联网市场,电池管理,能源管理,企业大楼管理,家庭自动化,电动汽车和医疗仪器。
 
在过去的150年中,机电开关没有经历太多变化,我们正在进行革命的许多应用在过去的25年中几乎没有创新。通过开发独特的材料,设计和加工技术,Menlo Micro的创新技术已经进入市场,构建了一种增强型电子开关,可处理需要数十年使用寿命的产品的高温,高压力条件。新型开关的操作速度比典型的1000倍寿命的机械开关快1000倍。它可以处理数百瓦的功率,并且内置在比人发更小的结构中。 
 
CJ:Menlo设备与传统机电继电器相比如何?数字微型开关平台的优点是什么?
 
Russ:在通用电气工业企业所需的极端操作条件的驱动下,GE全球研究团队从一个完全不同的角度看待微机械开关。这种不同的方法导致对失效模式的深刻理解,进而开发出一套独特的专利金属合金和加工技术,实现可靠的操作和极佳的电气性能 - 主要导致非常低的接触电阻。
 
随着GE系统核心技术的开发完成并符合生产要求,Menlo Micro团队正在推出高性能开关产品到多个终端市场,目标是彻底改变电子系统的设计方式。Menlo Micro开关技术的一些关键属性包括尺寸,速度,功率处理,功率效率和可靠性。
 
尺寸:在很多应用中,电路板空间和重量都很贵。传统的机械开关占用大量空间,通道数量有限,并且在某些情况下需要手动组装。Menlo Micro开关元件的尺寸小于人发的宽度,并根据所需的额定功率进行设计,以实现可扩展性。所有开关均采用自动化晶圆级工艺和工具制造。他们是如此之小,我们能适应数百人在一个空间小于10mm 2。
 
速度:使机械结构变小也意味着你可以使它们快速移动。一个典型的机械开关可能在几毫秒内运行,而Menlo Micro开关只能在几微秒内运行1000倍。这可能会对先前受限于性能的系统产生巨大的影响,这些系统可能会以多快的速度重新配置或打开和关闭关键电路。
 
力量处理:这是Menlo Micro完全将常规智慧抛出窗外的领域。面对处理更高功率水平的前景时,大多数人认为更大。导体之间的质量更大,金属更多,空气间隙更大。我们采取了不同的方法。我们让所有的东西都变小,并将电子触点靠得越来越近。我们的小型化交换机和可扩展的架构使我们能够处理数百伏和数十安培的电流而不会产生电弧。 
 
电源效率:在越来越多的系统中,电力越来越昂贵。当你使用电池时,每隔0.1 dB和每一个微安计数。RF和AC / DC损耗都需要在放大的情况下进行平衡,在某些情况下还需要额外的电源。这正是Menlo Micro技术真正闪耀的地方。我们可以扩展我们的开关,使其具有超低的损耗,从1欧姆降至几毫欧。不仅如此,我们的静电驱动执行器意味着单个开关只需要几个皮安(pA)来工作。  
 
可靠性:当您开发产品以满足服务于医疗,航空和其他任务关键型工业应用等业务的企业需求时,可靠性不是事后预测; 这是主要的设计标准。最后,这就是我们来这里的原因。我们的机械开关设备寿命比传统机械开关寿命长1000倍以上; 不是数百万个周期,而是数百亿个周期而不会降低性能。比迄今为止表现出来的性能更重要的是对材料科学,可靠性和故障分析的深入理解,使我们能够对失效进行建模和预测,以便我们能够进一步推动这项技术。
 
CJ:请告诉我们您的产品组合中的每种产品:高压开关产品,射频开关产品,射频调谐产品和功率继电器产品。
Russ:MM7100是一款高压SPST开关(图1)。MM7100是生产中的第一个Menlo Microsystems产品。它已被运送到GE的核磁共振成像应用程序中,并且迄今已有超过100,000个这些开关被运送。
 
MM7100提供超低导通电阻和高关断状态隔离,在+ 85°C时保证30多亿次开关周期。由于MM7100使用寿命长,电流消耗极低,外形尺寸小,因此是替代机电继电器和尺寸,重量,功率和散热管理成为关键系统级设计参数的pin二极管开关的理想解决方案。
  MM5120是一款高功率RF /微波开关。我们的DMS技术可以在非常小的SMT封装中实现25 W或更多的RF功率开关(图2)。MM5120提供超低插入损耗和12 GHz至直流的优异线性度,在高达+ 85°C温度下保证30多亿次开关周期。集成的模拟门控制器允许用户选择在外部提供所需的高压门控信号或在内部生成。MM5120是取代笨重且不太可靠的射频机电继电器以及线性和插入损耗为关键参数的射频/微波固态开关的理想解决方案。
MM3100器件是用于直流和宽带RF /微波开关应用的高功率六通道SPST(图3)。MM3100能够切换大于25 W的RF功率。它具有六个开关通道 - 每个开关通道在高达+ 85°C的温度下提供超低的导通状态插入损耗和从DC到3 GHz的高关态隔离,并具有超过30亿次开关周期。每个通道都由标准的串行外设接口(SPI)同步总线单独控制。内部开关驱动器的操作需要外部+5 VDC逻辑电源和高电压+77 VDC偏置电源。 
 
MM1200器件是六通道SPST微型继电器。它适用于直流和交流电路中的功率和信号切换应用。该器件具有非常低的导通状态接触电阻,每个通道的电流处理能力高达1.0 A,并且在高达+ 85°C的温度下,具有高达30亿次开关周期的关断状态隔离。每个开关都是常开(NO),并且由串行外设接口(SPI)总线单独控制。内部开关驱动器的操作需要外部+5 VDC逻辑电源和高电压+77 VDC偏置电源。
 
CJ:你的交换机目前如何使用?
 
Russ:我们的数字微动开关产品功能多样,可用于多种应用的不同配置。最初,我们的MM7100和MM3100产品正在用于取代终端产品(如MRI机器和军用无线电)中的高压PIN二极管。我们的MM1200被用于取代测试和测量设备中的干簧继电器机电继电器。在几乎所有情况下,我们的客户都在试图减少他们正在设计的系统的总体尺寸,重量和功耗,因此我们使用DMS技术提供的超低功耗和超小型产品非常具有吸引力那些情况。这些器件像半导体器件一样缩放,但具有高性能欧姆接触开关的电气性能特性。随后,他们解决了大功率,
 
CJ:你的商业模式是什么?你是否许可你的技术?
 
Russ:我们主要为许多垂直市场和应用设计和制造标准和定制开关和继电器。我们确实有不同领域的许可模式,我们不打算直接参与产品。其中一个例子就是消费类移动手机市场,DMS技术使成本结构下的毫米波性能可以与当今那些应用中使用的SoI交换技术相媲美。
CJ:智能功率继电器评估板的技术规格是什么?
 
Russ:Menlo Microsystems开发了一款功率继电器原型平台,该平台在可扩展的并行配置中使用数字微型开关来处理更大的电流。DMS技术的正温度系数使得并联器件具有稳定的器件之间的电流共享(图4)。
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