全球首款RF-MEMS器件诞生，可用于动态匹配天线阻抗

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无晶圆半导体公司WiSpry近日计划推出全球首款集成式射频（RF）微机电系统（MEMS）。此款MEMS芯片是基于CMOS裸片的一组数字电容阵列，可动态地匹配手机天线阻抗从而有避免手机信号的丢失，并可以延长电池寿命。据WiSpry称，此款MEMS芯片的推出仅仅是个开端，他们还将会陆续推出一系列RF-MEMS器件，并最终达到RF的最高境界：软件无线电??一种能够被调节至频谱中不同波段的ultra-wideband（超宽带）通信信道。

“从长远来看，我们希望能够开发出一款完全可调的RF-MEMS前端??基本上就是一款软件无线接收芯片”，WiSpry创始人 Jeffrey Hilbert称，“但我们现在才刚刚起步，用我们的可调节电容阵列来实现天线阻抗匹配。”

要实现手机天线与RF前端的阻抗匹配越来越难，因为现在趋向于采用内部式手机天线，而内部天线会将RF信号偶合至手机使用者。当手机使用者拿起手机通话时，手机的天线阻抗会改变。目前电子工程师们设计的无源阻抗匹配网络仅针对手机被使用者拿在手中和放置在桌子上两种不同情况，而WiSpry声称其所设计的有源网络能够在很多无法预料的情况下（如手机带有手机套）实现阻抗匹配情况。

“设计工程师有时要花一个月时间来设计用于新款手机天线的阻抗匹配网络，”Hilbert称，“若采用我们公司的可调谐电容阵列则可以动态地实现阻抗匹配，从而可缩短手机设计时间和改善手机性能。”

WiSpry是一家已经成立5年的新兴公司。因其已开始对其首款手机用MEMS芯片进行打样，WiSpry不久前才开始对外透露其RF-MEMS的研发成果。此款MEMS芯片是架构在裸片上的80个数字电容数组，据称可通过编程使电容值在10倍动态范围内变化。该芯片要到明年才会上市，但已有一家手机制商签约进行动态匹配天线阻抗的应用开发。通过在手机中加入此款由数字式电容队列构成且能在10微秒内动态地调节其阻抗的MEMS芯片，手机用户可以接收到清晰的信号，而不会出现信号丢失的情况，这样就扩大了无线移动服务的服务范围，降低了信号传输所需的功率，延长了手机的电池寿命。

“在实际使用过程中，天线十之有九不能与RF前端的50Ω输入阻抗处实现匹配，”Hilbert.称，“但若采用我们公司的这款RF-MEMS芯片，则能够实时调整阻抗使天线与RF前端总是处于匹配状态。”

更高难度的挑战

WiSpry于2002年从MEMS设计，该公司由软件开发商Coventor公司独立出来。WiSpry公司最开始主攻应用广泛的MEMS版弹簧继电器，一种用于RF转换的标准方式(如，将天线在两个不同的无线频率前端间转换）。在解决了用于RF转换的MEMS的设计难题之后，该公司开始着手可调节RF滤波器等更高难度的设计，并最终开发出了目前正在打样的这一款数字式电容阵列，RF-MEMS芯片。

在这款RF-MEMS芯片的开发过程中，WiSpry已经积累了一系列MEMS工艺技术，包括与用于不同类型RF前端的CMOS、SiGe和GaAs工艺整合。该公司还完善了一项可将其MEMS基础架构与外界隔离的晶圆级封装工艺，通过标准CMOS制作设备即可实现MEMS晶圆的加工，使其成本像ASIC一样低。该公司已经就其MEMS工艺申请了多项专利?包括用于确保芯片具有长时间可靠性的点焊(contact welding)和用于避免静电效应三层梁结构。此外，该公司还持有最难被剽窃的作为商业秘密而不被公开的独家技术。到目前为止，WiSpry已经筹集到了8百多万美金的风险资金，这些资金已被用于其RF-MEMS芯片的基础架构开发。

WiSpry的首款RF-MEMS芯片正由Jazz Semiconductor采用200毫米晶圆，0.18微米CMOS加工。晶圆上的这些微小的皮法级电容的电容值可在0.1~1pF或0.2~2pF之间变化。当电容极板间电压发生变化时，电容极板间的距离也会?之变化从而实现电容值的调节。这些数字式电容的电容值可以5fF的微幅度逐渐增大。除匹配天线阻抗之外，这些可变电容阵列还可将手机电池的寿命延长10~20%，因为在相同传输距离下，处在匹配状态下的天线所耗传输功率更小。

WiSpry的第一家客户，一家未透露名字的手机制造商，计划在2008年将WiSpry公司的RF-MEMS芯片用于其手机的动态天线阻抗匹配。据WiSpry公司称，除用于匹配天线阻抗之外，此款RF-MEMS芯片还可用于可调谐RF滤波器、功率放大器调谐以及其它可编程阻抗匹配应用。