第五章 模拟多路开关

cd集成多路模拟开关的应用技巧

集成多路模拟开关的应用技巧(cd4051) 集成多路模拟开关的应用技巧 摘要：从应用的角度出发,研究了集成多路模拟开关的应用技巧,并结合实例进行了讨论。这些应用技巧具有较强的针对性和可操作性,对集成多路模拟开关的正确选择与合理使用具有指导意义。 关键词：集成多路模拟开关传输精度传输速度 集成多路模拟开关（以下简称多路开关）是自动数据采集、程控增益放大等重要技术领域的常用器件,其实际使用性能的优劣对系统的严谨和可靠性重要影响。关于多路开关的应用技术,些文献上介绍有两点不足：一是对器件自身介绍较多,而对器件与相关电路的合理搭配与协调介绍较少;二是原则性的东西介绍较多, 而操作性的东西介绍较少。研究表明：只有正确选择多路开关的种类,注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调,保证各电路单元有合适的工作状态,才能充 分发挥多路开关的性能,甚至弥补某性能指标的欠缺,收到预期的效果。本文从应用的角度出发,研究多路开关的应用技巧。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主,故以下的讨论除特别说明外,均针对这类产品。 1 “先断后通”与“先通后断”的选择 目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通”（Break-Before-Make）。在自动数据采集中,应选用“先断后通”的多路开关。否则,就会发生两个通道短接的现象,严重时会损坏信号源或多路开关自身。 然而,在程控增益放大器中,若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻,以改变放大器的增益,就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则,放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高,易破坏电路的正常工作,甚至损坏元器件,一般应予避免。 2 选择合适的传输信号输入方式 分别适用于不同的场合。,传输信号一般有单端输入和差动输入两种方式 单端输入方式如图1所示,即把所有信号源一端接同一信号地,信号地与ADC等的模拟地相接,各信号源的另一端分别接多路开关。图中Vs为传输信号,Vc为系统中的共模干扰信号。 图1（a）接法的优点是无需减少一半通道数,也可保证系统的共模抑制能力;缺

多路复用器、模拟开关设计指南 第十二版

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多路复用器和模拟开关

多路复用器和模拟开关 多路复用器（MULTIPLEXER 也称为数据选择器）是用来选择数字信号通路的；模拟开关是传递模拟信号的，因为数字信号也是由高低两个模拟电压组成的, 所以模拟开关也能传递数字信号。 在CMOS多路复用器中，因为其数据通道也是模拟开关结构，所以也能用于选择多路模拟信号。但是TTL的多路复用器就不能选择模拟信号.。 用CMOS的多路复用器或模拟开关传递模拟信号时要注意：模拟信号的变化值必须在正负电源电压之间，譬如要传递有正负半周的正弦波时，必须使用正负电源且电源电压大于传递的模拟信号峰值，这时其控制或地址信号必须以负电源电压为0，而以正电源电压为1；或者用单电源供电，而使模拟信号的变化中值在 1/2 电源电压上, 传递之后再恢复到原来的值。 一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理 1.四双向模拟开关CD4066 CD4066的引脚功能如下图所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。

2.单八路模拟开关CD4051 CD4051引脚功能如下图所示。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。 3.双四路模拟开关CD4052 CD4052的引脚功能如下图所示。CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定。

多路模拟开关的选择

今天做电路研究的时候要用到多路数据选择器，多路开关。和开发部的头讨论了下，才发现里面有很多东西要学，这里就贴出来一些心得分享一下，一下的内容也有从别处摘来的一部分。选择开关时需考察以下指标： 1 多路开关通断方式的选择 目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通” （Break-Before-Make）。在自动数据采集中，应选用“先断后通”的多路开关。否则，就会发生两个通道短接的现象，严重时会损坏信号源或多路开关自身。然而，在程控增益放大器中，若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻，以改变放大器的增益，就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则，放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高，易破坏电路的正常工作，甚至损坏元器件，一般应予避免。 2. 通道数量 集成模拟开关通常包括多个通道。通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响，通道数越多，寄生电容和泄漏电流就越大。因为当选通一路时，其它阻断的通道并不是完全断开，而是处于高阻状态，会对导通通道产生泄漏电流，通道越多，漏电流越大，通道之间的干扰也越强。 3. 泄漏电流 一个理想的开关要求导通时电阻为零，断开时电阻趋于无限大，漏电流为零。而实际开关断开时为高阻状态，漏电流不为零，常规的CMOS漏电流约1nA。如果信号源内阻很高，传输信号是电流量，就特别需要考虑模拟开关的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。 4. 导通电阻 导通电阻的平坦度与导通电阻一致性。导通电阻会损失信号，使精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失更大。应用中应根据实际情况选择导通电阻足够低的开关。必须注意，导通电阻的值与电源电压有直接关系，通常电源电压越大，导通电阻就越小，而且导通电阻和泄漏电流是矛盾的。要求导通电阻小，则应扩大沟道，结果会使泄漏电流增大。导通电阻随输入电压的变化会产生波动，导通电阻平坦度是指在限定的输入电压范围内，导通电阻的最大起伏值△RON=△RONMAX—△RONMIN。它表明导通电阻的平坦程度，△RON应该越小越好。

如何选择模拟开关

如何选择模拟开关 模拟开关 模拟开关和多路转换器的作用主要是用于信号的切换。目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品，与以往的机械触点式电子开关相比，集成电子开关有许多优点，例如切换速率快、无抖动、耗电省、体积小、工作可靠且容易控制等。但也有若干缺点，如导通电阻较大，输入电流容量有限，动态范围小等。因而集成模拟开关主要使用在高速切换、要求系统体积小的场合。在较低的频段上f<10MHz），集成模拟开关通常采用CMOS工艺制成：而在较高的频段上（f>10MHz），则广泛采用双极型晶体管工艺。 如何选择模拟开关 选择开关时需考察以下指标： 通道数量集成模拟开关通常包括多个通道。通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响，通道数越多，寄生电容和泄漏电流就越大。因为当选通一路时，其它阻断的通道并不是完全断开，而是处于高阻状态，会对导通通道产生泄漏电流，通道越多，漏电流越大，通道之间的干扰也越强。 泄漏电流一个理想的开关要求导通时电阻为零，断开时电阻趋于无限大，漏电流为零。而实际开关断开时为高阻状态，漏电流不为零，常规的CMOS漏电流约1nA。如果信号源内阻很高，传输信号是电流量，就特别需要考虑模拟开关的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。 导通电阻导通电阻的平坦度与导通电阻一致性导通电阻会损失信号，使精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失更大。应用中应根据实际情况选择导通电阻足够低的开关。必须注意，导通电阻的值与电源电压有直接关系，通常电源电压越大，导通电阻就越小，而且导通电阻和泄漏电流是矛盾的。要求导通电阻小，则应扩大沟道，结果会使泄漏电流增大。导通电阻随输入电压的变化会产生波动，导通电阻平坦度是指在限定的输入电压范围内，导通电阻的最大起伏值△RON=△RONMAX—△RONMI N。它表明导通电阻的平坦程度，△RON应该越小越好。导通电阻一致性代表各通道导通电阻的差值，导通电阻的一致性越好，系统在采集各路信号时由开关引起的误差也就越小。 开关速度指开关接通或断开的速度。通常用接通时间TON和断开时间TOFF表示。对于需要传输快变化信号的场合，要求模拟开关的切换速度高，同时还应该考虑与后级采样保持电路和A/D转换器的速度相适应，从而以最优的性能价格比来选择器件。

常用模拟开关芯片引脚,功能及应用电路

常用模拟开关芯片引脚,功能及应 用电路 ! m8r*}3V"d'w , n7x8L1z&B#r1a0Z3~ CMOS模拟开关是一种可控开关，它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。$ \, \4F-]5}8 W6 G2 T 2 t$y5I&R!n6N&}4z 一、常用CMOS模拟开关功能及引脚介绍) ]) S f7 X; S& Z+ X 1.四双向模拟开关CD4066% b$ Y) P- k5 c3 \# _, |+ a 4 D7{6F T4v8e,S,y CD4066的引脚功能如图1所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。. V"T!S1O,h#n O 2.单八路模拟开关CD4051 n*L+X%k._+L CD4051引脚功能见图2。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。& Q/]9t"F8o,`7J(q 表1 附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件, 保暖

多路模似转换器

12.2.2模拟I/O 通道建立 1.模拟I/O 通道概述1)模拟输入通道 微机系统的模拟输入通道，就是微机用来对单个或多个模拟量进行采集的A/D 通道，有时也叫前向通道。建立模拟输入通道的目的，通常是为了进行参数测量或数据采集。它的核心部件是A/D 转换器及其与微处理器的接口。但在许多情况下仅有它们还不够，按照实际模数转换的四个步骤，常常还需要用到采样保持器等电路；在需要采集或检测多个模拟信号的A/D 通道中，一般还需要用到模拟多路开关。 2)模拟输出通道 微机系统的模拟输出通道，则是微机用来发送单路或多路模拟信号的D/A 通道，有时也叫后向通道。建立模拟输出通道的目的，主要是为了对外部参数进行控制或对被采集的参数进行形象的记录显示，如在X —Y 记录仪上绘出曲线，在示波器上画出波形等。 模拟输出通道的基本组成部分同样有三种：D/A 转换器及其与MPU 的接口，这是不可少的核心部件；数字或模拟寄存器；模拟多路开关。具体组成取决于通道结构的形式。 2.模拟输入通道的结构形式 模拟输入通道的结构形式根据实际需要选定。粗分有单路通道和多路通道两种；细分，在单路、多路通道中又各有多种不同的形式。 1)不带采样保持器的单路模拟输入通道 这种模拟输入通道实际上就是第十一章讲过的ADC 及其与MPU 的接口，结构最简单，如图12.2所示。 一般只采集一个点的直流或低频信号时，可采用这种通道结构。那么，信号的频率低到什么程度可以用它呢?要求模拟输入电压的最大变化率与A/D 转换器的转换时间之间应满足下列关系： max dt dv i ≤ CONV n FS T V 1 2?其中：v i ——模拟输入电压；V FS ——ADC 满刻度电压值；n ——ADC 分辨率(位数)；T CONV ——ADC 转换时间。为了更便于理解，不妨将上面关系式变换一下： ΔV i CONV i T dt dv ?= max max ≤q V n FS =2 该式表明，在ADC 的转换时间内，输入电压的最大变化ΔV i max 应小于ADC 的量化电平q 。例如，A/D 转换芯片的V FS =10V,n=10位，T CONV =0.1s ，则要求输入电压的最大变化率不能超过0.1V/s 。如果超过这个值，在采用同样ADC 芯片的情况下，就不能采用这种简单的模入通道，而要采用带采样保持器的模入通道；如果还想采用这种简单的模入通道，就必须改换速度更快或分辨率更高的ADC 芯片。 2)带采样保持器的单路模拟输入通道 当模拟输入信号的变化率比较大时，逐次比较式ADC 会产生相当大的非线性误差，这是它的一个缺点。为了改善这种情况，一般需要在ADC 前面增加一个采样保持电路(S/H)，使模拟输入通道变为如图12.3所示的形式。 图12.2不带采样保持器的单路模拟输入通道

新型故障保护模拟开关

新型故障保护模拟开关 MAXIM北京办事处栾成强 系统在上电或掉电时，信号端与电源端常常出现过压现象，传统的解决方案是在外部加限流电阻、或控制上电时序。尽管这是一种合理的方案，但实现起来比较困难。一旦失误可能会引起过流，损坏器件。 一种新的解决方案是在片内集成故障检测电路，检测到故障时关断开关，保护后续电路不受故障影响，通过严格限制故障电流，能够避免功率耗散引起的过热现象。 典型的CMOS模拟开关输出级是一个P型场效应管（P1）和 一个N型场效应管（N1）相并联，这种互补结构可以实现满摆 幅输出（图1）。内部电路倒相后分别驱动P1和N1的栅极（P1 是-15V时，N1是+15V，或反之）。当输入信号电压超过场效应 门限电压，模拟开关导通，将导致输出端出现故障，例 管的V GS 如电源电压是±15V输入+25时，P1场效应管内的寄生二极管 被正向偏置，处在导通状态。输入-25V时，N1场效应管具有相 同的问题。如果P1、N1的栅极没有加电源电压（P1和N1的栅 的信号 极电压为0V），那么，开关输入端出现任何幅度超过V GS 电压，开关将被接通。故障信号使内部寄生二极管正向导通， 导致大电流损坏器件或锁闭N1或P1。 采用图2所示的N1—P1—N2的串联结构可以解决这类问 题。同样内部驱动需要倒相，开关接通时，P1的 栅极为-15V，N1和N2的栅极为+15V，（关断开关 时相反）。故障信号不可能通过这种串联开关而损 坏器件，所以能够解决并联开关所面临的问题。 串联结构的缺陷是导通电阻大，芯片尺寸也较大， 使信号处理能力下降。对于±15V的电源，输入信 号电压的范围在场效应管门限之间（大约±13V）。 因此尽管这种电路结构可以保护芯片，但其导通电 阻和信号处理能力变差。 图3所示的新型故障保护结构包含与图1类 似的并联开关场放应管（N1和P1），每个场效应管配备一个检测电路，输出箝位电路为某些应用提供方便。该电路能够保护过压引起的故障和电路损坏。为便于理解电路的工作原理，假设输入信号为+25V或-25V，输入-25V时，上端检测开关（-25V与-15电源电压比较）将输入短接到N1的栅极，N1的源极是-25V，所以N1关断。同时上端比较器导致N沟道驱动器浮空，N沟道驱动器与P沟道驱动器相连使P1也关断，由于电路中开关断开，输入端不存在正向偏置二极管的电流通路，所以信号出现故障时，仅有泄漏电流存在。上端比较器在出现故障时打开N2，N2通过内部电阻将输出端箝位到-15V，电阻值随不同的产品而变化（一般为1000欧）,箝位电路为A/D转换器的应用提供了方便。+25V输入时，P1-P3的工作情况如同N1-N3，检测到故障时关断N1/P1，输入端仅有漏电流存在，P2通过内部大约1000欧的电阻把输出箝位在+15V。由此可见，图3结构结合了图1和图2的优点（图1是低导通电阻和满摆幅信号处理能力，图2是故障保护），能够保护通过开关耦合的故障，消除功率过大引起的损坏。 当电源电压关断而有信号电压时，新器件同样提供信号线过压保护，输入信号为-25V时， =0V关断N1。比较器、N沟道驱动器、箝位N3检测开关将输入短路到N1的栅极，通过V GS

模拟开关与多路转换器

模拟开关与多路转换器 问：ADI公司不给出ADG系列模拟开关和多路转换器的带宽，这是为什么? 答：ADG系列模拟开关和多路转换器的输入带宽虽然高达数百兆赫，但是其带宽指标本身不是很有意义的。因为在高频情况下，关断隔离(off isolation)和关扰指标都明显变坏。例如，在1MHz情况下，开关的关断隔离典型值为70dB，串扰典型值为-85dB。由于这两项指标都按20dB/+倍频下降，所以在10MHz时，关断隔离降为50dB，串扰增加为-65dB；在100MHz时，关断隔离降为30dB，而串扰增加为-45dB。所以，仅仅考虑带宽是不够的，必须考虑在所要求的高频工作条件下这两项指标下降是否能满足应用的要求。(关断隔离是指当开关断开时，对耦合无用信号的一种度量——译者注。) 问：哪种模拟开关和多路转换器在电源电压低于产品说明中的规定值情况下仍能正 常工作? 答：ADG系列全部模开关和多路转换器在电源电压降到+5V或±5V情况下都能正常工作。受电源电压影响的技术指标有响应时间、导通电阻、电源电流和漏电流。降低电源电压会降低电源电流和漏电流。例如，在125°C，±15V时，ADG411关断状态源极漏电流IS(OFF)和漏极漏电流ID(OFF)都为±20nA，导通状态漏极漏电流ID(ON)为±40nA；在同样温度下，当电源电压降为±5V，IS(OFF)和ID(OFF)降为±25nA，ID(ON)降为±5nA。在+125°C，±15V 时，电源电流I DD ，I SS 和IL最大为5μA；在±5V时，电源电流，最大值降为1μA。导通电阻和响应时间随电源电压降低而增加。图1和图2分别示出了ADG408的导通电阻和响应时间随电源电压变化的关系曲线。 此主题相关图片如下： 图1 导通电阻与电源 电压的关系曲线 问：有些ADG系列模拟开关是用DI工艺制造的，DI是怎么回事? 答：DI是英文Dielectric Isolation介质隔离的缩写，按照DI工艺要求，每 个CMOS开关的NMOS管和PMOS管之间都有一层绝缘层(沟道)。这样可以消除普通的模拟开关之间的寄生PN结，所以可以制造出完全防闩锁的开关。在采用PN结隔离(不是沟道)工艺中， 此主题相关图片如下：

模拟开关电路介绍

模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 一、模拟开关的电路组成及工作原理 模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。 表一 模拟开关的工作原理如下： 当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。 当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。

从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路 根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。 表二常用的模拟开关 三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例 CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。 下面介绍CD4066模拟开关的两个应用实例。 1．采样信号保持电路 采样信号保持电路如图二所示。 图二采样信号保持电路 模拟信号Ｕi从运算放大器的同相输人端输人。当模拟开关控制端为高电平时，模拟开关导通，电容Ｃ被充电至Ｕi，这个过程叫做输人信号的采样。当采样结束时，使模拟开关控制端为低电平，模拟开关断开。由于模拟开关断开时的电阻高达100M以上，且运放Ａ2的输人阻抗也极高，故电容Ｃ上可以保持采样信号。

正确选择CMOS模拟开关的建议..

正确选择CMOS模拟开关的建议 集成模拟开关常常用作模拟信号与数字控制器的接口。当今市场上的模拟开关数量众多，产品设计人员需要考虑多项性能标准。同时也有许多35年前开发的标准CMOS开关已经发展为专用的开关电路。 本文回顾标准CMOS模拟开关的基本结构并介绍常见模拟开关参数，例如导通电阻(RON)、RON平坦度、漏电流、电荷注入及关断隔离。文中讨论最新模拟开关的性能改善：更好的开关特性、更低的供电电压，以及更小的封装。也介绍了专用的特性，例如故障保护、ESD保护、校准型多路复用器(cal-mux)和加载-感应功能。介绍了适用于视频、高速USB、HDMI和PCIe的专用开关。 标准模拟开关基础 传统模拟开关的结构如图1所示。将n沟道MOSFET与p沟道MOSFET 并联，可使信号在两个方向上同等顺畅地通过。n沟道与p沟道器件之间承载信号电流的多少由输入与输出电压比决定。由于开关对电流流向不存在选择问题，因而也没有严格的输入端与输出端之分。两个MOSFET由内部反相与同相放大器控制下导通或断开。这些放大器根据控制信号是CMOS或是TTL逻辑、以及模拟电源电压是单或是双，对数字输入信号进行所需的电平转换。 图1. 采用并联n沟道和p沟道MOSFET的典型模拟开关的内部结构 现在，许多半导体制造商都提供诸如早期CD4066这样的传统模拟开关。有些最新设计的模拟开关与这些早期开关的引脚兼容，但性能更高。例如，有些与CD4066引脚兼容的器件(例如MAX4610)相对于原来的CD4066具有更低的RON和更高的精度。

对基本模拟开关结构也有一些功能性改变。有些低电容模拟开关在信号通路中只使用n沟道MOSFET(例如MAX4887)，省去了较大的大幅降低模拟开关带宽的p沟道MOSFET。 其它采用单个正电源轨工作的模拟开关采用电荷泵，允许负信号电压。例如，MAX14504音频开关工作在+2.3VCC至+5.5VCC单电源，采用内部电荷泵，允许-VCC至+VCC的信号无失真通过。除功能改善外，工业上许多最新模拟开关的封装比早期的器件更小。 导通电阻(RON)开关降低信号损耗 在VIN为各种电平条件下，p沟道和n沟道RON的并联值形成并联结构的RON特征(图2)。RON随VIN的变化曲线在不考虑温度、电源电压和模拟输入电压对RON影响的情况下为直线。为使信号损耗和传输延迟最小，理想情况下的RON应尽量小。然而，降低RON将增大MOSFET硅片的宽度/长度(W/L)比，从而造成较高的寄生电容和较大的硅片面积。这种较大的寄生电容降低模拟开关的带宽。如果不考虑W和L，RON是电子和空穴迁移率(μn和μp)、氧化物电容(COX)、门限电压(VT)及信号电压、n沟道及p沟道MOSFET的信号电压VGS (VIN)的复合函数，如式1a和1b 所示。 将RON和寄生电容最小化，同时改善整个温度和电压范围内RON相对于VIN的线性度，往往是设计新产品的首要目的。 图2. RON与VIN的关系。图1中的n沟道和p沟道RON构成一个复合的低 值RON

单片机控制的多路数据采集系统.doc

湖南科技大学 毕业设计（论文） 题目单片机控制的多路数据采 集系统 作者马玉刚 学院信息与电气工程学院专业通信工程 学号0704040224 指导教师宋芳老师 二〇一一年五月二十日

湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程学院院通信工程系（教研室） 系（教研室）主任:（签名）年月日 学生姓名: 马玉刚学号: 0704040224 专业: 通信工程 1 设计（论文）题目及专题：单片机控制的多路数据采集系统 2 学生设计（论文）时间：自2011 年2月20日开始至 2011年6月 5 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： （1）单片机原理与实用技术 （2）Bernard Rose. Analog to Digital and Digital to Analog Conversion （3）数据采集与处理技术 4 设计（论文）应完成的主要内容： （1）介绍多路数据采集的发展历史、现况及将来的发展趋势 （2）简介单片机的原理、作用 （3）多路数据采集的总体设计框图 （4）多路数据采集系统设计及原理说明 （5）多路数据原理图设计及说明 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （1）论文文本格式严格按照学校对本科毕业生论文格式的规定完成 （2）要求文字流畅、无错别字、符合设计规范 (3)论文以学校规定的“打印版”和“电子版”提交给指导老师 6 发题时间： 2011 年 2 月 20 日 指导教师：（签名） 学生：（签名）

湖南科技大学 毕业设计（论文）指导人评语 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩：

湖南科技大学 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩：

CMOS模拟开关的选择与典型应用

一、前言： 早期的模拟开关大多工作于±20V 的电源电压，导通电阻为几百欧姆，主要用于模拟信 号与数字控制的接口，近几年，集成模拟开关的性能有了很大的提高，它们可工作在非常低的电源电压，具有较低的导通电阻、微型封装尺寸和极佳的开关特性。被广泛用于测试设备、通讯产品、PBX/PABX 设备以及多媒体系统等。一些具有低导通电阻和低工作电压的模拟开关 成为机械式继电器的理想替代品。 模拟开关的使用方法比较简单，但在具体应用中应根据实际用途做合理的选择。本文主 要介绍模拟开关的基本特性和几种特殊模拟开关的典型应用。 二、正确选择CMOS开关： 1、导通电阻：传统模拟开关的结构如图1 所示，它由N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 并联构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN值所对应的P 沟道MOSFET 与N 沟道MOSFET 的导通电阻并联，可得到图2 并联结构下导通电阻（R ON）随输入电压（V IN）的变化关系，如果不 考虑温度、电源电压的影响，R ON 随V IN 呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真（THD），这是设计人员所不希望的，如何将R ON随V IN的变化量降至最小也是设计新一代模拟开关所面临的一个关键问题。

另外，导通电阻还与开关的供电电压有关，由 图3 可以看出：R ON随着电源电压的减小而增大，当 MAX4601的电源电压为5V 时，最大R ON为8Ω；当电 源电压为12V 时，最大R ON为3Ω；电源电压为24V 时，最大R ON仅为2.5Ω。R ON的存在会使信号电压产 生跌落，跌落量与流过开关的电流成正比，对于适 当的电流这一跌落量在系统容许的误差范围内，而 要降低R ON所耗费的成本却很高，因此，应根据实际 需要加以权衡。R ON 确定后，还需考虑通道间的失配 度与R ON的平坦度。ATMEL代理通道失配度用来描述同一芯片不 同通道间R ON 的差别；R ON 的平坦度用于描述每一通 道的R ON在所规定的信号范围内的变化量。这两个参 数的典型值为2Ω至5Ω，对于低R ON 模拟开关，这 些参数仅为0.5Ω。失配度/R ON、平坦度/R ON 这两个 比值越小，说明模拟开关的精度越高。 注入电荷：低R ON 并非适用于所有的应用，较低的R ON 需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t = RC，充电时间取决于负载电阻（R）和电容（C），一般持续几十ns。这说明低R ON开关具有更长的导通和关断时间。Maxim 提供两种类型的开关，每种开关都有微型SOT23 封装，MAX4501 和MAX4502 的导通电阻较高，但开关速度较快；MAX4514 和MAX4515 具有较低的导通电阻，但开关时间较长。 3、系统电源：为单电源供电系统选择模拟开关时，应尽量选择那些专为单电源供电而设计的产品，这类开关不需要单独的V-和GND引脚，节省了一个引脚，能够把一个单刀双掷（SPDT）开关封装在微小的SOT23-6 中。同样，低电压双电源供电系统需选用双电源供电开关，它们

多路模拟开关及应用

多路模拟开关及应用 一、实验目的 通过实验进一步了解集成多路模拟开关的组成及工作原理，掌握该芯片的功能测试方法，了解其部分电路。 二、实验仪器 智能数字电路实验台；cd4051芯片；示波器； 三、实验原理及实验电路 CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V 的模拟信号。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 CD4051真值表

实验步骤： 1.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(13.14.15.1 2.1.5.2.4)引脚接LED发 光二极管，Sm（3）引脚、二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，16接+5v，8接地，7接-5v。打开电源，波动A\B\C的高低电平，观察LED发光二极管是否按真值表显示。 2.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(1 3.1 4.1 5.12.1.5.2.4)引脚接LED发 光二极管，Sm（3）引脚接连续脉冲，二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，打开电源，波动A\B\C的高低电平，观察LED 发光二极管是否按真值表显示。在发光的二极管上接示波器看是否有图形显示 3.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(13.1 4.1 5.12.1.5.2.4)引脚接高低电 平开关，Sm（3）引脚接LED发光二极管，二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，打开电源，波动A\B\C的高低电平，将Sm （3）接LED发光二极管对应真值表看是否对应LED发光二极管发光并接示波器观察波形。 4.设计 单按钮音量控制器电路。VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器输出端与地之间。VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化,因此控制VGS就可实现对音量大小的控制。VT1的G极接有3个模拟开关S1～S3和一个100μF的电容,其中100μF电容起电压保持作用。由于VMOS管的G极和S极之间的电阻极高,故100μF电容上的电压可

集成模拟开关及其应用

集成模拟开关及其应用 模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 一、模拟开关的电路组成及工作原理 模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。 表一 模拟开关的工作原理如下： 当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。

当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。 从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路 根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。 表二常用的模拟开关 三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例 CMOS 四路双向开关CD4066B 一般说明: CD4066B是一个为模拟/数字信号的转换或多路复用设计的四路双向开关. 它和CD4016B 的引脚相兼容,但是拥有一个更低的导通电阻. 此外, 在整个输入信号范围内, 导通电阻是一个常量. CD4066B包含四路独立控制的双向开关.一个开关中的P型MOSFET和n型MOSFET控制信号的导通和关断.. 如图1所示, 开关打开时,n型沟道电位取决于输入电压,开关关闭时,取决于

SGM3005XMS_TR圣邦微模拟开关

GENERAL DESCRIPTION FEATURES S GM3005是一款双通道，低导通电阻，低压，双向，单刀双掷（SPDT）CMOS模拟开关，设计用于采用+ 1.8V至+ 5.5V单电源供电。目标应用包括受益于低RON （0.5Ω）和快速开关速度（tON = 16 ns，tOFF = 15 ns）的电池供电设备。 在整个模拟信号范围内，导通电阻曲线非常平坦。这样可在切换音频信号时确保出色的线性度和低失真。 SGM3005是专用的双单刀双掷（SPDT），包括两个常开（NO）和两个常闭（NC）开关。此配置可以用作双2对1多路复用器。 SGM3005提供MSOP-10和DFN-10封装。.?低压操作：1。8V至5.5 V ?低导通电阻：0。5Ω （T Y P） ?低导通电阻平坦度 ?–3d B带宽：30M H z ?快速切换时间 t O N16n s t O F F15n s ?轨到轨操作 ?典型功耗（<0.01μW）?兼容T T L/C M O S ?超小型包装 PIN CONFIGURATIONS（TOP VIEW） APPLICATIONS ●电池供电的手持式和便携式设备 ●蜂窝电话/手机 ●笔记本电脑，笔记本电脑，掌上电脑●通讯系统 ●采样保持电路 ●音频信号路由 ●音视频切换 ●便携式测试与测量 ●医疗设备

ORDERING INFORMATION ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS V + to GND....................................................................- 0.3V to +6V A nalog, Digital voltage range (1)..................... - 0.3V to V + + 0.3V Continuous Current NO, NC, or COM..........................±300mA Peak Current NO, NC, or COM......................................±500mA Operating Temperature Range...........................- 40°C to +125°C J unction Temperature...........................................................+150°C S torage Temperature.............................................- 65°C to +150°C Package Thermal Resistance @ T A = 25℃ D FN-10, θJA ........................................................................................33℃/W MSOP-10, θJA ...................................................................................205℃/W L ead Temperature (soldering, 10s).......................................260°C ESD Susceptibility H BM..........................................................................................2000V MM..............................................................................................400V Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational s ections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect d evic e reliability. (1) Signals on NC, NO, or COM or IN exceeding V+ will be clamped by internal diodes. Limit forward diode current to maximum c urrent ratings. PIN DESCRIPTION NAME PIN FUNCTION V + 1 Power supply GND 6 ground IN1, IN2 4,8 Digital control pin to connect the COM terminal to the NO or NC terminals COM1, COM2 3,9 Common terminal NO1, NO2 2,10 Normally-open terminal NC1, NC2 5,7 Normally-closed terminal Note: NO, NC and COM terminal may be an input or output.

正确选择多路开关.docx

正确选择CMOS模拟开关 摘要：本文概述了模拟开关的基本结构、工作原理和应用范围；定义了导通电阻、平坦度和电荷注入等与性能密切相关的指标；并对ESD保护、故障保护和加载-感应功能等针对特定应用的特性进行了介绍。 引言 集成模拟开关在25年前首次问世以来，常常用作模拟信号与数字控制器的接口。本文将介绍模拟开关的理论基础及其常见的应用，另外还将讨论校准型多路复用器(cal-mux)、故障保护型模拟开关、加载-感应开关等模拟开关的特殊性能。 近几年，集成模拟开关的开关性能有了很大的提高，它们可工作在非常低的电源电压，具有很小的封装尺寸。无论是性能指标还是特殊功能都可提供多种选择，有经验的设计人员可以根据具体的应用挑选到理想的开关产品。 标准的模拟开关 CMOS模拟开关易于使用，这一点已为大多数设计者所公认。但是，需要提醒大家的是：千万不要轻视模拟开关在某些工程问题中所发挥的作用。现在，许多半导体厂商仍在生产一些早期的模拟开关，如：CD4066、MAX4066等，其基本结构如图1所示。Maxim还 提供MAX4610等与工业标准器件引脚兼容、但性能更优的产品。 图1. 采用并联n沟道和p沟道MOSFET的典型模拟开关的内部结构 将n沟道MOSFET与p沟道MOSFET并联，可使信号在两个方向上同等顺畅地通过。n 沟道与p沟道器件之间承载信号电流的多少由输入与输出电压比决定。由于开关对电流流向不存在选择问题，因而也没有严格的输入端与输出端之分。两个MOSFET在内部反相 与同相放大器控制下导通或断开。这些放大器根据控制信号是CMOS或是TTL逻辑、以

及模拟电源电压是单或是双，对数字输入信号进行所需的电平转换。 低电阻开关 求出V IN在各种电平下的p沟道与n沟道MOSFET导通电阻(R ON)的并联值(积除以和)，可以得到这种并联结构的复合导通电阻特性(图2)。这个R ON随V IN的变化曲线在不考虑温度、电源电压和模拟输入电压对R ON影响的情况下为直线。然而请注意，上述因素会带来负面效应，将它们降至最小常常是新产品设计的主要目标。见表1。 图2. 图1中的n沟道和p沟道导通电阻构成一个复合的低值导通电阻 表1. 低导通电阻开关 Part Number Functio n R DS (ON) (Ω ma x) I COM(OFF)/ I D(OFF) (nA max) R ON Mat ch (Ω ma x) R ON Flatn ess (Ω max t ON/t OFF (ns max ) Char ge Injec tion (pC typ) Sup ply Volt age Ran ge (V) Pin- Package MAX312/MAX313/ MAX3144 SPST NC/NO/ NO,NC 10 0.5 1.5 2 225/ 185 30 ±4.5 to ±20 16-DIP|SO MAX4614/MAX46 15/MAX46164 SPST NO/NC/ NO,NC 10 1 1 1 12/1 6.5 +2 to +5.5 14-DIP/SO/1 6-QSOP