基本介紹
- 中文名：模擬開關
- 外文名：Analog switches
模擬開關,分類,多路模擬開關,性能指標,開關速度：,開關耐壓：,開關最大電流：,導通電阻：,關斷阻抗：,幾種特殊的模擬開關：,
模擬開關
模擬開關，英文名Analog switches；主要是完成信號鏈路中的信號切換功能。採用MOS管的開關方式實現了對信號鏈路關斷或者打開；由於其功能類似於開關，而用模擬器件的特性實現，成為模擬開關。
分類
由於採用了MOS管的開斷性能，模擬開關迴路可以實現較高的關斷阻抗，一般是兆歐姆以上的關斷阻抗；和很低的導通阻抗，一般為幾個歐姆級別，因此可以很好的實現信號鏈路切換和斷開隔離的作用。根據套用需求不同；模擬開關可以分為音頻模擬開關、視頻模擬開關、數字開關、通用模擬開關等。
多路模擬開關
是從多個模擬輸入信號中切換選擇所需輸入通道模擬輸入信號電路。場效應電晶體作為模擬開關而得到廣泛套用。其優點是工作速度可達10的6次方次/3，導通電阻低（5~25歐），截止電阻高達10的10次方歐。
研究表明：只有正確選擇多路開關的種類，注意多路開關與相關電路的合理搭配與協調,保證各電路單元有合
適的工作狀態，才能充分發揮多路開關的性能，甚至彌補某性能指標的欠缺,收到預期的效果。目前市場上的多路開關以CMOS電路為主。
適的工作狀態，才能充分發揮多路開關的性能，甚至彌補某性能指標的欠缺,收到預期的效果。目前市場上的多路開關以CMOS電路為主。
性能指標
模擬開關由於採用的是集成MOS管作為開關的器件實現開關功能；由於MOS管自身物理特性，在使用的時候需要注意一下幾個性能指標：
開關速度：
模擬開關的開關速度一般能達到兆Hz的速度，可以快速實現鏈路切換。
開關耐壓：
模擬開由於其套用的信號鏈路為電子板低壓工作環境，關耐壓值一般在15v以內；常見的有3.3v、5v、12v、15、等最大耐壓值；選擇時必須注意信號鏈路的最大電壓與器件最大耐壓值。
開關最大電流：
模擬開關的導通能夠承受的最大電流值，現在常見的模擬開關的開關最大電流一般在幾百毫安以內；安培級別的模擬開關很少。
導通電阻：
常見的模擬開關的導通阻抗一般從幾個歐姆到100歐姆之間；在模擬信號和弱信號設計的時候使用模擬開關必須注意這個參數。
關斷阻抗：
關斷阻抗代表著開關的關斷能力，關斷好壞，一般產品的關斷阻抗足以達到抑制相鄰兩個信號鏈路相互干擾的能力。
幾種特殊的模擬開關：
1、高頻T型開關
T 型開關適用於視頻及其它頻率高於10MHz的套用，如圖4 所示，它由兩個模擬開關(S1、S3)串聯組成，另一開關S2 接在地和S1、S3的交點之間，這種結構的開關其關斷隔離高於單個開關，由於寄生電容與每個串聯開關並聯，斷開狀態的T 型開關其容性串擾隨頻率的提高而增大。因此，影響開關高頻特性的關鍵在於開關的斷開狀態而不是接通狀態。
當T 型開關導通時，S1 和S3 閉合，S2 斷開;當開關斷開時，S1、S2 斷開，S3 閉合，此時，那些要通過串聯MOSFET 的寄生電容耦合到輸出端的輸入信號被S3 旁路，斷開狀態下的10MHz 視頻T 型開關(MAX4545)的關斷隔離達-80dB，而標準模擬開關(MAX312)的關斷隔離度只有-36dB。
2、微型封裝
CMOS開關的優點還包括小的封裝尺寸，如6腳SOT23開關不含任何機械部件(與舌簧繼電器不同)，Maxim 提供的小型視頻開關(MAX4529)及標準的低電壓SPDT 開關(MAX4544)均採用6 腳SOT23 封裝，供電範圍為2.7V 至12V。另外，Maxim 具有多種如同CD4066 的通用模擬開關，例如新發布的MAX4610-MAX4612 低成本四模擬開關，其中，MAX4610 引腳兼容於工業標準的4066，而且能夠工作在更低的電源電壓(低至2V)，具有較高的精度，通道間最大失配電阻為4Ω;平坦度在8Ω以內。這些型號有三種不同的開關設定，低導通電阻(5V時小於100Ω)適用於低電壓套用，採用緊湊的14 腳TSSOP 封裝(6.5 x 5.1 x 1.1 mm3)解決了線路板尺寸緊張問題。
3、ESD保護開關
基於Maxim 成功的ESD 保護接口產品，±15kV ESD 保護電路被引入到某些模擬開關中，新推出的可承受±15kV 靜電衝擊的模擬開關完全符合IEC1000-4-2 Level 4 標準，所有模擬輸入通路均經過人體模型ESD 檢測和IEC1000-4-2 規定的空氣間隙放電模式檢驗。
MAX4551-4553 引腳與多種標準開關(如DG201/211 和MAX391 等)兼容，針對多路復用器系列產品，如74HC4051 和MAX4581，Maxim 還研製生產了帶有ESD 保護的多路復用器。在新的設計中，無需再採用昂貴的TranszorbsTM器件對模擬輸入進行保護。
4、故障保護型開關
模擬開關的電源電壓限制了輸入信號的範圍，一般情況下，這種限制對模擬開關的使用沒有影響，但在某些套用中，系統斷電時模擬開關的輸入端仍有信號存在，此時，由於輸入信號超出了電源電壓的範圍，將造成開關的永久性損壞。
Maxim 帶有故障保護的新型模擬開關和多路復用器能夠提供±25V 的過壓保護，掉電時保護電壓達±40V，同時可處理滿電源擺幅信號，並具有較低的導通電阻。故障狀態下，輸入端被置成高阻態，與開關狀態和負載電阻無關，只有nA級的泄漏電流流過信號源。
5、載入-感應開關
在過去幾年中，Maxim 推出了一系列新型模擬開關，其中MAX4554-MAX4556 載入-感應型開關，適用於自動檢測設備(ATE)中的Kelvin 檢測。每中型號包含有用於載入電流的低電阻、大電流開關和用於檢測電壓或切換保護線的高阻開關。±15V 供電時，電流開關導通電阻僅6Ω，感應開關導通電阻為60Ω，MAX4556內置三路SPDT開關。
載入感應開關主要用於高精度系統和遠距離測量系統(圖5)，在4線測量中，2線為負載載入電壓或電流，其餘2 線直接與負載感應線連線。2 線系統中，負載電壓感應線與載入線連線到負載的兩端。由於載入電壓或電流會沿線產生壓降，所以負載電壓比信號源電壓略低，負載與信號源間的距離以及負載電流、導通電阻等都將造成負載電壓的衰減。採用4線方式可減小信號衰落，4 線方式中的2 條附加電壓感應線上流過的電流可忽略。新型載入感應開關簡化了許多套用，例如nV級電壓表、飛歐級電阻計等。
6、校準型多路復用器
校準型多路復用器(Cal-muxes)主要用於高精度A/D 轉換器和自監控系統，晶片內的組合結構主要包括：從輸入基準電壓產生精密電壓比的模擬開關，高精度電阻分壓器，用於選擇不同輸入的多路復用器。該類器件中，MAX4539 和MAX4540 可用於修正A/D 轉換中的兩個主要誤差：失調誤差與增益誤差。利用內部精密的分壓器，在微處理器的串列接口控制下測量增益和失調電壓，參考比為15/4096 和4081/4096，精確到15 位，對於基準為4.096V的A/D轉換器，15/4096倍的基準電壓為15mV，二進制數字輸出為000000001111，為測量失調誤差，控制器記錄二進制數000000001111 與ADC 實際輸出之差，用該誤差值對失調電壓加以修正。為測量增益誤差，校準多路復用器用4081/4096 代替(VREFHI - VREFLO)，微控制器記錄二進制數111111110000 與ADC 實際輸出之差，已知ADC 的失調誤差和增益誤差後，系統軟體可建立修正係數，調節後續輸出到修正值。
