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    模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开;由于其功能类似于开关,而用模拟器件的特性实现,成为模拟开关。

    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。

几种特殊的模拟开

    1、高频T型开关

    T型开关适用于视频及其它频率高于10MHz的应用,它由两个模拟开关(S1、S3)串联组成,另一开关S2 接在地和S1、S3的交点之间,这种结构的开关其关断隔离高于单个开关,由于寄生电容与每个串联开关并联,断开状态的T 型开关其容性串扰随频率的提高而增大。因此,影响开关高频特性的关键在于开关的断开状态而不是接通状态。

    当T型开关导通时,S1 和S3 闭合,S2 断开;当开关断开时,S1、S2 断开,S3 闭合,此时,那些要通过串联MOSFET 的寄生电容耦合到输出端的输入信号被S3 旁路,断开状态下的10MHz 视频T 型开关(MAX4545)的关断隔离达-80dB,而标准模拟开关(MAX312)的关断隔离度只有-36dB。

    2、微型封装

    CMOS开关的优点还包括小的封装尺寸,如6脚SOT23开关不含任何机械部件(与舌簧继电器不同),Maxim 提供的小型视频开关(MAX4529)及标准的低电压SPDT 开关(MAX4544)均采用6 脚SOT23 封装,供电范围为2.7V 至12V。另外,Maxim 具有多种如同CD4066 的通用模拟开关,例如新发布的MAX4610-MAX4612 低成本四模拟开关,其中,MAX4610 引脚兼容于工业标准的4066,而且能够工作在更低的电源电压(低至2V),具有较高的精度,通道间最大失配电阻为4Ω;平坦度在8Ω以内。这些型号有三种不同的开关设置,低导通电阻(5V时小于100Ω)适用于低电压应用,采用紧凑的14 脚TSSOP 封装(6.5 x 5.1 x 1.1 mm3)解决了线路板尺寸紧张问题。

    3、ESD保护开关

    基于Maxim 成功的ESD 保护接口产品,±15kV ESD 保护电路被引入到某些模拟开关中,新推出的可承受±15kV 静电冲击的模拟开关完全符合IEC1000-4-2 Level 4 标准,所有模拟输入通路均经过人体模型ESD 检测和IEC1000-4-2 规定的空气间隙放电模式检验。

    MAX4551-4553 引脚与多种标准开关(如DG201/211 和MAX391 等)兼容,针对多路复用器系列产品,如74HC4051 和MAX4581,Maxim 还研制生产了带有ESD 保护的多路复用器。在新的设计中,无需再采用昂贵的TranszorbsTM器件对模拟输入进行保护。

    4、故障保护型开关

    模拟开关的电源电压限制了输入信号的范围,一般情况下,这种限制对模拟开关的使用没有影响,但在某些应用中,系统断电时模拟开关的输入端仍有信号存在,此时,由于输入信号超出了电源电压的范围,将造成开关的永久性损坏。

    Maxim 带有故障保护的新型模拟开关和多路复用器能够提供±25V 的过压保护,掉电时保护电压达±40V,同时可处理满电源摆幅信号,并具有较低的导通电阻。故障状态下,输入端被置成高阻态,与开关状态和负载电阻无关,只有nA级的泄漏电流流过信号源。

    5、加载-感应开关

    在过去几年中,Maxim 推出了一系列新型模拟开关,其中MAX4554-MAX4556 加载-感应型开关,适用于自动检测设备(ATE)中的Kelvin 检测。每中型号包含有用于加载电流的低电阻、大电流开关和用于检测电压或切换保护线的高阻开关。±15V 供电时,电流开关导通电阻仅6Ω,感应开关导通电阻为60Ω,MAX4556内置三路SPDT开关。

    加载感应开关主要用于高精度系统和远距离测量系统,在4线测量中,2线为负载加载电压或电流,其余2线直接与负载感应线连接。2 线系统中,负载电压感应线与加载线连接到负载的两端。由于加载电压或电流会沿线产生压降,所以负载电压比信号源电压略低,负载与信号源间的距离以及负载电流、导通电阻等都将造成负载电压的衰减。采用4线方式可减小信号衰落,4线方式中的2条附加电压感应线上流过的电流可忽略。新型加载感应开关简化了许多应用,例如nV级电压表、飞欧级电阻计等。

    6、校准型多路复用器

    校准型多路复用器(Cal-muxes)主要用于高精度A/D 转换器和自监控系统,芯片内的组合结构主要包括:从输入基准电压产生精密电压比的模拟开关,高精度电阻分压器,用于选择不同输入的多路复用器。该类器件中,MAX4539 和MAX4540 可用于修正A/D 转换中的两个主要误差:失调误差与增益误差。利用内部精密的分压器,在微处理器的串行接口控制下测量增益和失调电压,参考比为15/4096 和4081/4096,精确到15 位,对于基准为4.096V的A/D转换器,15/4096倍的基准电压为15mV,二进制数字输出为000000001111,为测量失调误差,控制器记录二进制数000000001111 与ADC 实际输出之差,用该误差值对失调电压加以修正。为测量增益误差,校准多路复用器用4081/4096 代替(VREFHI - VREFLO),微控制器记录二进制数111111110000 与ADC 实际输出之差,已知ADC 的失调误差和增益误差后,系统软件可建立修正系数,调节后续输出到修正值。

性能指标

    模拟开关由于采用的是集成MOS管作为开关的器件实现开关功能;由于MOS管自身物理特性,在使用的时候需要注意一下几个性能指标:

    开关速度:

    模拟开关的开关速度一般能达到兆Hz的速度,可以快速实现链路切换。

    开关耐压:

    模拟开由于其应用的信号链路为电子板低压工作环境,关耐压值一般在15v以内;常见的有3.3v、5v、12v、15、等最大耐压值;选择时必须注意信号链路的最大电压与器件最大耐压值。

    开关最大电流:

    模拟开关的导通能够承受的最大电流值,现在常见的模拟开关的开关最大电流一般在几百毫安以内;安培级别的模拟开关很少。

    导通电阻:

    常见的模拟开关的导通阻抗一般从几个欧姆到100欧姆之间;在模拟信号和弱信号设计的时候使用模拟开关必须注意这个参数。

    关断阻抗:

    关断阻抗代表着开关的关断能力,关断好坏,一般产品的关断阻抗足以达到抑制相邻两个信号链路相互干扰的能力。

分类

    由于采用了MOS管的开断性能,模拟开关回路可以实现较高的关断阻抗,一般是兆欧姆以上的关断阻抗;和很低的导通阻抗,一般为几个欧姆级别,因此可以很好的实现信号链路切换和断开隔离的作用。根据应用需求不同;模拟开关可以分为音频模拟开关、视频模拟开关、数字开关、通用模拟开关等。

    多路模拟开关

    是从多个模拟输入信号中切换选择所需输入通道模拟输入信号电路。场效应晶体管作为模拟开关而得到广泛应用。其优点是工作速度可达10的6次方次/3,导通电阻低(5~25欧),截止电阻高达10的10次方欧。

    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。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主。

模拟开关

    模拟开关,英文名Analog switches;主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开;由于其功能类似于开关,而用模拟器件的特性实现,成为模拟开关。

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