模擬開關(guān)(有時(shí)�(jiǎn)稱為“開�(guān)�)是根�(jù)�(shù)字控制信�(hào)的電平切換或路由模擬信號(hào)(信號(hào)可以是規(guī)定范圍內(nèi)的任何電�)的開�(guān)器件。通常由“傳輸門電路”構(gòu)�,模擬開�(guān)的功能類似于繼電��
模擬開關(guān)是一種三�(wěn)�(tài)電路,它可以根據(jù)選通端的電�,決定輸人端與輸出端的狀�(tài)。當(dāng)選通端處在選通狀�(tài)�(shí),輸出端的狀�(tài)取決于輸人端的狀�(tài);當(dāng)選通端處于截止?fàn)顟B(tài)�(shí),則不管輸人端電平如�,輸出端都呈高阻狀�(tài)。模擬開�(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信�(hào)或斷開信�(hào)的作�。由于模擬開�(guān)具有功耗低、速度�、無�(jī)械觸�(diǎn)、體積小和使用壽命長(zhǎng)等特�(diǎn),因�,在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中得到了廣泛�(yīng)用�
模擬開關(guān)雖然具備開關(guān)�,但和機(jī)械開�(guān)有所不同,它本身還具有半�(dǎo)體特性:
1. �(dǎo)通電�(Ron)隨輸入信�(hào)(VIN)變化而變�
圖a是模擬開�(guān)的簡(jiǎn)單示意圖,由圖中可以看出模擬開關(guān)的常開常閉通道�(shí)際上是由兩�(gè)�(duì)偶的N溝道MOSFET與P溝道MOSFET�(gòu)�,可使信�(hào)雙向傳輸,如果將不同VIN值所�(duì)�(yīng)的P溝道MOSFET與N溝道MOSFET的導(dǎo)通電阻并�(lián),可得到圖b并聯(lián)�(jié)�(gòu)下Ron隨輸入電�(VIN)的變化關(guān)�,如果不考慮溫度、電源電壓的影響,Ron隨Vin呈線性關(guān)系,將導(dǎo)致插入損耗的變化,使模擬開關(guān)�(chǎn)生總諧波失真(THD)。此�,Ron也受電源電壓的影響,通常隨著電源電壓的上升而減��
2. 模擬開關(guān)輸入有嚴(yán)格的輸入信號(hào)范圍
由于模擬開關(guān)是半�(dǎo)體器�,當(dāng)輸入信號(hào)過低(低于零電�(shì))或者過�(高于電源電壓)�(shí),MOSFET處于反向偏置,當(dāng)電壓�(dá)到某一值時(shí)(超出限�0.3V),此�(shí)開關(guān)無法正常工作,嚴(yán)重者甚至損壞。因此模擬開�(guān)在應(yīng)用中,一定要注意輸入信號(hào)不要超出�(guī)定的范圍�
3. 注入電荷
�(yīng)用機(jī)械開�(guān)我們當(dāng)然希望Ron越低越好,因?yàn)榈妥杩梢越档托盘?hào)的損�。然而對(duì)于模擬開�(guān)而言,低Ron并非適用于所有的�(yīng)�,較低的Ron需要占�(jù)較大的芯片面積,從而產(chǎn)生較大的輸入電容,在每�(gè)開關(guān)周期其充電和放電過程�(huì)消耗更多的電流。時(shí)間常�(shù)t=RC,充電時(shí)間取決于�(fù)載電�(R)和電�(C),一般持�(xù)幾十納秒。這說明低Ron具有更長(zhǎng)的導(dǎo)通和�(guān)斷時(shí)間。為�,選擇模擬開�(guān)�(yīng)該綜合權(quán)衡Ron和注入電荷�
4. 開關(guān)斷開�(shí)仍會(huì)有感�(yīng)信號(hào)漏出
這一特性指的是�(dāng)模擬開關(guān)傳輸交流信號(hào)�(shí),在斷開情況下,仍然�(huì)有一部分信號(hào)通過感應(yīng)由輸入端傳到輸出�,或者由一�(gè)通道傳到另一�(gè)通道。通常信號(hào)的頻率越�,信�(hào)泄漏的程度越�(yán)��
5. 傳輸電流比較�
模擬開關(guān)不同于機(jī)械開�(guān),它通常只能傳輸小電流,目前CMOS工藝的模擬開�(guān)允許連續(xù)傳輸?shù)碾娏鞔蠖嘈∮?00mA�
6. 邏輯控制端驅(qū)�(dòng)電流極小
�(jī)械開�(guān)邏輯控制端的�(qū)�(dòng)電流往往都是毫安�(jí),有�(shí)單純靠數(shù)字I/O很難�(qū)�(dòng)。而模擬開�(guān)的邏輯控制端�(qū)�(dòng)電流極小,一般低于納安級(jí)。因�,它完全可以由數(shù)字I/O直接�(qū)�(dòng),從而達(dá)到降低功�、簡(jiǎn)化電路的目的�
既然稱之為模擬開�(guān),自然它還具有開�(guān)性,具體表現(xiàn)如下�
1. 信號(hào)可雙向傳�
有些人習(xí)慣于把模擬開�(guān)的兩�(gè)常開常閉端稱之為輸入�,公共端稱之為輸出端,其�(shí)這只是根�(jù)模擬開關(guān)的具體應(yīng)用給予的臨時(shí)定義。模擬開�(guān)大多可以使信�(hào)雙向傳輸,如果忽略這一�(diǎn),就很容易使電路生成問題,比如將電壓反向偏置、電流倒灌��
2. 開關(guān)斷開后漏電流極小
模擬開關(guān)在斷�(OFF)�(shí)�(huì)呈現(xiàn)高阻狀�(tài),兩傳輸端間的漏電流極小,一般只有納安級(jí)以下,如SGM3001、SGM3002和SGM3005系列模擬開關(guān),其斷開后的漏電流均�1nA。這么微弱的電流在�(yīng)用中可忽略不�(jì),模擬開�(guān)此時(shí)可被�(rèn)為是理想斷開��
總之,模擬開�(guān)是具有開�(guān)功能的半�(dǎo)體器�,在�(yīng)用過程中既要充分利用它的開關(guān)功能,又要考慮它的半導(dǎo)體特性,否則可能�(huì)出現(xiàn)意想不到的麻煩�
模擬開關(guān)電路由兩�(gè)或非門、兩�(gè)�(chǎng)效應(yīng)管及一�(gè)非門組成,如圖一所�。模擬開�(guān)的真值表見表一�
模擬開關(guān)的工作原理如下:
�(dāng)選通端E和輸人端A同為1�(shí),則S2端為�,S1端為�,這時(shí)VT1�(dǎo)�,V�2截止,輸出端B輸出為�,A=B,相當(dāng)于輸入端和輸出端接��
�(dāng)選通E�0�(shí),而輸人端A為0時(shí),則S2端為1,S1端為�,這時(shí)VT1截止,VT2�(dǎo)�,輸出端B為�,A=B,也相當(dāng)于輸人端和輸出端接��
�(dāng)選通端E為0時(shí),這時(shí)VT1和V�2均為截止?fàn)顟B(tài),電路輸出呈高阻狀�(tài)�
從上面的分析可以看出,只有當(dāng)選通端E為高電平時(shí),模擬開�(guān)才會(huì)被接�,此�(shí)可從A向B傳送信�;當(dāng)輸人端A為低電平�(shí),模擬開�(guān)�(guān)閉,停止傳送信��