【導讀】民航局公布數據顯示，2019年中國民航完成運輸旅客6.6億人次，同比增長7.9%。隨著中國經濟的蓬勃發展和未來人們出行需求的增加，我國航空業必將高速并持續增長。由此可見，航空安全將成為保證我國航空業可持續發展的重要因素。此次疫情，讓人們意識到無接觸安檢會成為未來發展的必然趨勢。民航局稱，未來毫米波人體成像設備將逐步取代民用機場沿用26年的金屬探測門，旅客也將體驗到更加安全、高效的人身安檢服務。
因此，毫米波安檢設備在民航領域有可能迎來大幅增長。目前，市場上毫米波安檢設備的工作頻率主要集中在8mm頻段，一臺毫米波安檢設備往往由上百個收發通道組成，為了提高通道的復用率以達到降低成本的目的，安檢儀中需要使用大量的開關芯片。因此，開關芯片是毫米波安檢設備中的關鍵芯片，其性能、成本和批產的一致性對安檢設備有著至關重要的影響。
同方威視毫米波人體安檢儀
河北雄安太芯電子科技有限公司，致力于毫米波、太赫茲核心芯片的研發，在毫米波開關芯片的研制上，投入了大量的人力及物力，成功研制出毫米波安檢開關系列化芯片。目前本公司有7款毫米波開關芯片，包含PIN開關芯片、FET開關芯片以及表貼式FET開關芯片。下面分別介紹各種開關的特點：
TCC1906S是本公司研制的一款毫米波PIN開關，其性能指標達到國際先進水平（見表1），當前毫米波安檢設備中使用的開關絕大部分是這種類型開關。PIN開關最大的優點是具有較小的損耗，但缺點也十分明顯：
1. 開關芯片在裝配時，需要添加額外的偏置電路，因此需要大量的金絲鍵合以及電容、電感等元器件，使芯片的裝配成本大幅提升，并且裝架鍵合工藝復雜，生產效率不高。
2. 金絲鍵合工藝的一致性較差，導致安檢儀通道間的一致性差。
3. PIN開關存在一定功耗，而安檢設備中需要大量的開關，因此開關的總功耗不可忽略。
針對目前PIN開關存在的問題，公司采取了兩步關鍵的技術創新：
第一步：開關工藝由PIN工藝改進為低損耗的FET工藝，這使得開關不再需要額外添加偏置電路，同時FET開關零功耗，降低了成本，減小功耗。
第二步：將FET開關裸芯片進行封裝，實現開關表貼裝配，大大降低了整機裝配難度，提升了生產效率，同時裝配的一致性也得以顯著提升。
通過以上兩個步驟，本公司實現了FET開關的表貼式封裝，解決了目前PIN開關存在的問題，具有以下三大優勢：
● 免鍵合：芯片無需金絲鍵合和外置偏置電路，著重解決了芯片裸片需要多次鍵合帶來的批量裝配困難、批次生產一致性差的問題，該表貼開關芯片采用標準表貼工藝即可，裝配簡單、可重復性好，易于量產。
● 零功耗：采用FET工藝，開關無功耗。
● 綜合成本低：封裝開關價格上雖比裸芯片貴一些，但其無需外加偏置電路，如電容、電感等，裝配十分簡易，無需鍵合，大幅降低裝配成本，因此其綜合成本是顯著降低的。
到這里，有些朋友可能還存在一個疑問，上面的表貼開關確實解決了目前PIN開關存在的很多問題，但唯一不足的是損耗略微增大了一些，大概1dB左右。其實這個問題大可不必擔心，因為在8mm頻段，功率源是非常成熟的，我們只需將源的輸出功率增大一些，就可以完全彌補開關的損耗，這實現起來是輕而易舉的，這樣我們通過極小的代價解決了目前毫米波安檢開關使用中諸多棘手的問題，何樂而不為呢？
下面我們以TCS1952S為例，TCS1952S是一款Ka波段單刀四擲開關芯片，頻率范圍覆蓋20GHz~32GHz，插入損耗典型值為2.2dB，隔離度大于28dB，射頻輸入P1dB為20dBm。芯片采用先進的塑封工藝，通過球柵陣列(BGA)的方式實現信號傳輸，互聯密度高、體積小、重量輕、裝配簡單、無需鍵合，適用于SMT表貼工藝。
在片測試曲線（TA=+25℃）
Freq_input=15~40GHz，
Pwr_input=-15dBm；
插入損耗、回波損耗均為對應端口開態時的測試曲線。
建議裝配圖如下所示：
然后我們再來看看TCS1953S，TCS1953S 是一款 Q 波段單刀四擲開關芯片，頻率范圍覆蓋32GHz~40GHz，插入損耗典型值為2.8dB，隔離度大于28dB，射頻輸入P1dB為20dBm。芯片采用先進的塑封工藝，通過球柵陣列(BGA)的方式實現信號傳輸，互聯密度高、體積小、重量輕、裝配簡單、無需鍵合，適用于SMT表貼工藝。
在片測試曲線（TA=+25℃）
Freq_Input=25GHz~45GHz，
Pwr_Input=-15dBm；
插入損耗、回波損耗均為對應端口開態時的測試曲線
建議裝配圖如下所示：
因此，本公司所研制的開關芯片與市場的契合度極高，有望提升毫米波安檢設備的批產一致性、提高產能、降低成本，從而提高設備的綜合競爭力。作為芯片的研制單位，我們堅持為整機用戶提供低成本、高可靠和方便好用的產品，同整機用戶一起為推動新型人體安檢設備的實用化進程貢獻我們微薄的力量。
來源：太芯科技
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