正确选择多路开关

《正确选择多路开关》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、应用笔记638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

2、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

3、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VIN在各种电平下的p沟道与n沟道MOSFET导通电阻(RON)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

4、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PartNumberFunctionRDS(ON)(Ωmax)ICOM(OFF)/ID(OFF)(nAmax)RONMatch(Ωmax)RONFlatness(ΩmaxtON/tOFF(nsmax)ChargeInjection(pCtyp)SupplyVoltageRange(V)Pin-PackageMAX312/MAX313/MAX3144SPS

5、TNC/NO/NO,NC100.51.52225/18530±4.5to±2016-DIP

6、SOMAX4614/MAX4615/MAX46164SPSTNO/NC/NO,NC1011112/106.5+2to+5.514-DIP/SO/16-QSOP早期的模拟开关工作于±20V电源电压，导通电阻RON为几百欧姆。最近的产品(如MAX4601)具有低得多的电源电压，最大导通电阻只有几个欧姆。电源电压对RON有显著的影响(图3)。MAX4601额定的输入信号和电源电压的范围为4.5V至36V或±4.5V至±20V。正如你所看到的，RON随着电

7、源电压的降低而增大。最大RON在5V时约为8Ω、12V时为3Ω、24V时仅有2.5Ω。许多新型模拟开关的额定工作电压可降至2V。图4给出了Maxim的新型开关与早期开关在5V电源下的性能比较。图3.较高电源电压下导通电阻较低图4.+5V电压下，新型模拟开关具有较低的导通电阻。为单电源系统选择模拟开关时，尽量选择专用于单电源的器件。此类器件无需单独的V-和地引脚，因而可节省一个引脚。这样一来，较少的引脚数使单刀双掷(SPDT)开关可以采用小型6引脚SOT23封装。同样地，低压双电源系统需要使用双电源开关。该类开关需要一个V-引脚和一个地引脚

8、，逻辑接口通常采用标准CMOS和TTL电平。例如，单刀单掷(SPST)开关MAX4529即采用6引脚SOT23封装。许多高性能模拟系统仍然使用较高电平的双极性电源，例如±15V或±12V。与这些电压接口时需要一个额外的电源引脚，通常标记为VL(见MAX318的数据资料)。VL电源连接到系统的逻辑电压，通常是5V或3.3V。使其输入逻辑信号与实际的逻辑电平相符有利于提高噪声容限并防止过量的功率消耗。模拟开关的输入逻辑电平与其对电源电流的影响是最容易引起误解的概念。如果逻辑输入连接至地或VCC(或者当有VL时连接至VL)，模拟开关基本上不存在

9、电源电流。然而，为5V开关施加TTL电平时，会使电源电流增加1000倍以上。为了避免不必要的功耗，应避免使用自二十世纪80年代就沿用至今的TTL电平。信号处理图3还给出了RON值随信号电压的变