常用模拟开关芯片型号与功能和应用介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/4/18,#,组会报告,专业：电子与通信工程,姓名：张威威,2015,年,4,月,18,日,1,常用模拟开关芯片型号与功能和应用介绍,一、模拟开关的电路组成及工作原理,二、常用的模拟开关集成电路,三、模拟开关集成电路的应用,2,一、模拟开关的电路组成及工作原理,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。,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，则不管输入端电平如何，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。,3,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。,E,A,B,1,0,0,1,1,1,0,0,高阻状态,0,1,高阻状态,表一,4,模拟开关的工作原理如下：,当选通端和输入端同为,1,时，则,S2,端为，,1,端为，这时,1,导通，,2,截止，输出端输出为，,=,，相当于输入端和输出端接通。,当选通为,1,时，而输入端为时，则,S2,端为,1,，,S1,端为，这时,1,截止，,VT2,导通，输出端为，也相当于输入端和输出端接通。,当选通端为时，这时,1,和,2,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，只有当选通端为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从向传送信息；当输入端为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。,5,二、常用的,CMOS,模拟开关集成电路,在模拟开关的集成过程中，晶体三极管和场效应晶体管均可用来做模拟开关的有源器件，实际上，由于场效应晶体管特性的对称性不存在残余电压等优点，所以在模拟开关中用的最多的还是场效应晶体管。,开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。,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。,6,1.,无译码器的多路开关,开关类型,：,TL182C,，,AD7510,，,AD7511,，,AD7512,等,。,7,芯片,中无,译码器,，四个通道,开关都,有各自的控制端。,防闩锁型介质隔离,CMOS,开关，可提供最高超出电源电压,25 V,的过压保护,低导通电阻,75,，低泄漏电流,500pA,。,8,优点：,每一个开关可单独通断，也可,同时,通断，使用方式比较灵活。,缺点：,引脚较多，使得片内所集成的开关较少。,当巡回检测点较多时，控制复杂。,9,四双向模拟开关,CD4066,CD4066,的每个封装内部有,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，导通电阻为几十欧姆；当控制端加低电平时开关截止呈现很高的阻抗，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,。,10,CD4066,引脚功能图,11,2.,有译码器的多路开关,AD7501,（,AD7503,）,片上所有逻辑输入与,TTL,DTL,及,CMOS,电路兼容,。,12,表,3.1 AD7501,真值表,导通,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,无,13,AD7503,除,EN,端的控制逻辑电平,相反外,其它与,AD7501,相同,。, AD7502,14,表,3.2 AD7502,真值表,接通通道,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,和,5,2,和,6,3,和,7,4,和,8,无,15,16,注意：,AD7501,，,AD7502,，,AD7503,芯片,都是,单向多到一的多路开关，即信号只,允许从,多个,(8,个,),输入端向一个输出端传送。,17,单八路模拟开关,CD4051,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。,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,。,18,CD4051,引脚功能图,19,20,CD4051,通道选择真值表,21,双四路模拟开关,CD4052,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。,22,23,CD4052,通道选择真值表,24,三组二路模拟开关,CD4053,CD4053,内部含有,3,组单刀双掷开关，,3,组开关具体接通哪一通道，由输入地址码,ABC,来决定。,25,26,CD4053,通道选择真值表,27,28,十六路模拟开关,CD4067,CD4067,相当于一个单刀十六掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码,ABCD,来决定。,INH,为,“,1,”,时断开所有通道的接通。,29,CD4067,接通选择真值表,30,31,高压型模拟开关,高压模拟开关采用全数字电路，时间为数字拨码设置，可实现模拟断路器跳合闸时间设置、三相,/,分相操作选择、输入信号逻辑控制等作用，从而模拟断路器的跳、合闸动作,高压模拟开关特性, 模拟断路器可模拟跳闸和合闸时间，时间设置为拨码开关设置，精度高。跳闸时间设置范围为,20-200ms,，合闸时间设置范围为,20-100ms,。, 模拟断路器跳合闸电源电压为,DC220V,和,DC110V,两档，试验前必须选择好电压和输入电压一致。, 在模拟回路中设有继电器,A,、,B,、,C,各输出一组转换触点，动断触点闭合或断开触点断开的触点和操作电源完全隔离，可和微机型继电保护试验设备进行配合。,32, 高压模拟开关采用全数字电路，时间为数字拨码设置，可实现模拟断路器跳合闸时间设置、三相,/,分相操作选择、输入信号逻辑控制等作用，从而模拟断路器的跳、合闸动作。, 高压模拟开关可以模拟分相操作断路器，也可模拟三相操作断路器，跳合闸阻抗选择为,400,欧、,200,欧、,110,欧任意选择，当模拟分相操作断路器时，其跳合闸输入端子分别为,A,合、,A,跳、,B,合、,B,跳、,C,合、,C,跳；当模拟三相操作断路器时，其跳合闸输入端子为三跳、三合。另外，面板上还设有手动合闸和手动跳闸按钮，并设有跳合闸信号灯，分别为,A,合、,B,合、,C,合三个红色信号灯和,A,跳、,B,跳、,C,跳三个绿色信号灯，在模拟三相操作断路器时，,A,、,B,、,C,三相信号灯同时明灭,。,33,高压模拟开关技术参数,1.,跳闸时间选择：,20-100ms,2.,供电电源,AC200V10%,3.,跳合闸操作为电源电压：,DC220V,、,DC110V,4.,合闸时间选择：,20-200ms,5.,跳合闸阻抗选择,400,、,200,、,110,6.,模拟断路器常闭,/,常开接点容量为,AC220V/5A,高压模拟开关应用,高压模拟开关主要用于电力系统断电保护装置或成套继电保护屏的整组试验，可真实地模拟断路器的跳合闸时间。在整组试验时模拟高压断路器的跳闸及合闸，以避免由于重复的整组试验造成断路器反复分合带来的不良影响。,34,MAX4800A,MAX4802A,高压模拟开关,MAX4800A/MAX4802A,可为超声成像和打印机应用提供,8,通道高压开关。该器件采用,BCDMOS,工艺，提供,8,个高压低电荷注入,SPST,开关，由,20MHz,串行接口控制。数据被移入到内部,8,位移位寄存器，并通过带使能和清除输入的可编程锁存器保持数据。上电复位功能确保所有开关在上电时为开启状态。,关键特性,20MHz,快速,SPI,接口,灵活的高压电源，可高达,VPP - VNN = 200V,低电荷注入、低电容的,22,开关,直流至,10MHz,模拟信号频率范围,在,5MHz,下，关断隔离为,-77dB,10A,的低静态电流,35,低阻型模拟开关,4,单刀双掷低阻模拟开关芯片,CH4402,单刀四掷低阻模拟开关芯片,CH4444,单刀单掷低阻模拟开关芯片,CH441,CH440,是,4,通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含,4,通道单刀双掷模拟开关；,CH444,是 双,通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含,2,通道单刀四掷模拟开关；,CH441,是,4,通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含,4,通道相互独立的单刀单掷模拟开关；它们均具有高带宽，低导通电阻，可以用于视频或者,USB,信号切换。,36,特点 低导通电阻，,Ron,典型值为,5,。 高带宽，,Bw,典型值为,570MHz,。 支持视频信号，支持低速、全速和高速,USB,信号。 切换快速，,Ton/Toff,典型值小于,5nS,。,ESD,支持,4KV HBM,。,CH440,和,CH444,提供全局使能引脚，多通道模拟开关统一使能、统一切换。,CH441,提供,4,通道相互独立的模拟开关，兼容,74HC4066,引脚。 支持,5V,电源电压、,3.3V,电源电压以及,3V,电源电压，低静态功耗。,CH440,和,CH444,采用,SOP-16,无铅封装，,CH441,采用,SOP-14,无铅封装，兼容,RoHS,。,37,CH440,引脚功能,38,CH444,引脚功能,39,CH441,引脚功能,40,电气参数,41,应用,1.,视频信号切换,CH440,、,CH444,、和,CH441,的高带宽和低电阻特性使之比较适用于视频信号切换，例如从,2,路或者,4,路视频信号源中选择。,由于模拟电路与数字电路共用,VCC,和,GND,为减少干扰，,GND,引脚必须接触良好，,VCC,引脚必须外接退耦电容，并且建议将数字输入信号的边沿适当放缓，降低传输频率。,2. USB,信号切换,CH440,、,CH444,、和,CH441,支持低速、全速或者高速,USB,信号切换。,42,几种特殊的模拟开关：,1,、高频,T,型开关,2,、微型封装,3、ESD,保护开关,4,、故障保护型开关,5,、加载,-,感应开关,6,、校准型多路复用器,43,1,、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，如图所示，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,。,44,2,、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,4;,平坦度在,8,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,100),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。,45,3、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。,46,4,、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。,47,5,、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,6,，感应开关导通电阻为,60,，,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。,48,6,、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,1,，为测量失调误差，控制器记录二进制数,1,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。,49,模拟开关选型手册,.pdf,模拟开关选型,.pdf,50,三、,模拟开关集成电路的应用,图,3.1,示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图,3.1,中,CD4066,的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上,电阻的值是按二进制位权关系选择的。当某个开关接通时,并接在该开关上的电阻被短路,此处假设该电阻阻值,R,=,RON,（,RON,为模拟开关的导通电阻）,;,当某个开关断开时,电阻两端阻值仍保持原阻值不变,此处假设该电阻阻值,R,=,ROFF,（,ROFF,为模拟开关断开时的电阻）。四个开关的控制端由四位二进制数,A,、,B,、,C,、,D,控制,因此,在,A,、,B,、,C,、,D,端输入不同的四位二进制数,可控制电阻网络的电阻变化,并从其上获得,2,16,种不同的电阻值。按图,3.1,所给的电阻值,该电阻网络所对应的,16,种阻值列于表,3.1,中。,1.,数控电阻网络,51,图,3.1,数控电阻网络,输入二进制数,电阻值,(M),D,C,B,A,0,0,0,0,3.75,0,0,0,1,3.50,0,0,1,0,3.25,0,0,1,1,3.00,0,1,0,0,2.75,0,1,0,1,2.50,0,1,1,0,2.25,0,1,1,1,2.00,0,0,0,0,1.75,1,0,0,1,1.50,1,0,1,0,1.25,1,0,1,1,1.00,1,1,0,0,0.75,1,1,0,1,0.50,1,1,1,0,0.25,1,1,1,1,4RON2k,52,2.,单按钮音量控制器,单按钮音量控制器电路见图,3.2,。,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,100F,的电容,其中,100F,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,100F,电容上的电压可长时间基本保持不变。模拟开关,S1,为电容提供充电回路,当,S1,导通时,电源通过,S1,给电容充电,电容上电压不断增高,使,VT1,导通电阻越来越小,使音量也越来越小。模拟开关,S2,为电容提供放电回路,当,S2,导通时,电容通过,S2,放电,电容上电压不断下降,使音量越来越大。模拟开关,S3,起开机音量复位作用,开机时,电源在,S3,控制端产生一短暂的正脉冲,使,S3,导通,由于与,S3,连接的电阻较小,故使电容很快充到一定的电压,使起始音量处于较小的状态。,53,F1,F6,及其外围元件组成长短脉冲识别电路。静态时,F1,、,F2,输入为高电平,当较长时间按压按钮开关,AN,时,F4,输出变高,经,100k,电阻给,3.3F,电容充电,当充电电压超过,CMOS,门转换电压时,F5,输出由高变低,F6,输出由低变高,模拟开关,S2,导通,100F,电容放电,音量变大。与此同时,F1,输出也变高,也给电容充电,但,F1,输出的一次正跳变不足以使电容上电压超过转换电压,故,F2,输出仍为高电平,F3,输出低电平,模拟开关,S1,保持截止。当连续按动按钮开关,AN,时,F4,输出也不断变化,输出为高时,给电容充电,而输出变低时,电容又很快通过二极管,VD3,放电,故电容上电压总是达不到转换电压,因此,F6,输出一直为低。而此时,F1,输出连续高低变化,经二极管整流不断给电容充电,使,3.3F,电容上电压迅速达到转换电压,F2,输出变低,F3,输出变高,模拟开关,S1,导通,给电容充电,音量变小。由此,利用一只按钮开关,实现了对音量的大小控制。,54,图,3.2,单按钮音量控制电路,55,3.,四路视频信号切换器,四路视频信号切换器电路见图,3.3,。,“,与非,”,门,YF3,、,YF4,组成脉冲振荡器,振荡频率由,100k,电位器调节。若嫌调节范围不够,可适当更换,0.47F,电容和,100k,电阻。脉冲振荡器受,YF1,、,YF2,组成的双稳态电路的控制,按,S1,时,YF1,输出低电平,脉冲振荡器停振,;,按,S2,时,YF1,输出高电平,脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的输出作为,CD4017,十进制计数器的时钟,使,Y0,Y3,依次出现高电平,相应的四个模拟开关依次导通,由,Vi1,Vi4,输入的视频信号被依次切换至输出端,完成了四路视频信号的切换。显然,增加一片,CD4066,可做成八路视频信号切换器,相应地,由,Y0,Y7,进行模拟开关控制,Y8,连至,Cr,。依此类推,可做成更多路数的视频信号切换器。而且,输入、输出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传,则并接上相应数量的模拟开关即可。,56,图,3.3,四路视频信号切换器,57,4.,音量调节电路,音量调节电路见图,9,。音频信号由,Vi,端输入,经分压电阻,R11,和隔直电容加到由,R1,R10,构成的加减电阻网络。,CD40192,为十进制加减计数器,“,与非,”,门,YF3,、,YF4,构成低频振荡器,“,与非,”,门,YF1,、,YF2,分别为加计数端,CPU,和减计数端,CPD,的计数闸门。,58,图,3.4,音量调节电路,59,当,D1,端为高电平时,闸门,YF1,开通,低频脉冲经,YF1,加到,CD40192,的,CPU,端,使其作加法计数,输出端,Q0,Q3,数据增大,使,16,路模拟开关的刀向低端转换,顺序接通,R1,R10,接通的电阻增大,经与,R11,分压后,使输出音频信号,Vo,增大,;,当,D2,端为高电平时,闸门,YF2,开通,低频脉冲经,YF2,加到,CD40192,的,CPD,端,使其作减法计数,输出端,Q0,Q3,数据减小,使,16,路模拟开关的刀向高端转换,顺序接通,R10,R1,接通的电阻减小,经与,R11,分压后,使输出音频信号,Vo,减小。,60,Thank you !,61,