多路复用器和模拟开关
模拟开关和多路复用器基本知识
PMOS NMOSALTERNATE SYMBOLS图1：MOSFET开关导通电阻与信号电压之间的关系工艺(CMOS)可以产出优异的P沟道和N沟道MOSFET。
并联连接器件，结果会形成如图2所示的基本双向CMOS开关。
这种组合有利于减少导通电阻，同时也可能产生随信号电压变化小得多的电阻。
SWITCHDRIVERSWITCH图2：基础CMOS 开关用互补对来减少信号摆幅引起的R ON 变化COMBINED TRANSFERFUNCTION图3：CMOS 开关导通电阻与信号电压之间的关系展示的是N 型和P 型器件的导通电阻随通道电压的变化。
这种非线性电阻可能给直流精度和交流失真带来误差。
双向CMOS 开关可以解决这个问题。
导通电阻大幅降低，线性度也得到了提升。
图3底部曲线展示的是改进后的开关导通电阻特性的平坦度。
ADG8xx 系列CMOS 开关是专门针对导通电阻低于0.5 Ω的应用而设计的，采用亚微米工艺制成。
这些器件可以传导最高400 mA 的电流，采用1.8 V 至5.5 V 单电源供电(具体视器件而定)，额定扩展工作温度范围为–40°C 至+125°C 。
典型的导通电阻与温度和输入信号电平之间的关系如图4所示。
图5：两个相邻CMOS开关的等效电路：影响导通开关条件下直流性能的因素：RON 、RLOADLeakage current creates error voltage at V OUT equal to: V OUT= I LKG×R LOAD图7：影响关断开关条件下直流性能的因素：ILKG 和R当开关断开时，漏电流可能引起误差，如图7所示。
流过负载电阻的漏电流会在输出端产生一个对应的电压误差。
图8：动态性能考虑：传输精度与频率的关系会在传递函数A(s)的分子中形成一个零点。
该零通常出现在高频下，因在等效电路中，CDS和负载电容的函数。
该频率极点为开关导通电阻很小。
模拟开关的结电容引起的交流误差
模拟开关的结电容引起的交流误差
在要求针对模拟信号控制和选择指定传输路径的电子系统设计中，模拟开关和多路复用器已成为必要的元件之一。
然鹅，在使用模拟开关中，了解误差源是灰常有必要滴！
今天就给你们唠唠“使用模拟开关，带来的那些交流误差”。
我们都造，模拟开关的交流误差主要是由自身的结电容引起的。
图1显示的是影响CMOS 开关交流性能的寄生器件。
额外的外部电容会进一步导致性能下降。
这些电容会影响馈通、串扰和系统带宽。
CDS(漏极到源极电容)、CD (漏极-地电容)和CLOAD 与RON和CLOAD相配合，以形成整体传递函数。
图1. 动态性能考虑：传输精度与频率的关系
在等效电路中，CDS 会在传递函数A(s)的分子中形成一个零点。
该零通常出现在高频下，因为开关导通电阻很小。
带宽同时也是开关输出电容与CDS 和负载电容的函数。
该频率极点出现在等式的分母中。
复合频率域传递函数可以改写为如图2所示形式，图2所示为导通状态下的开关的整体波特图。
多数情况下，主要受输出电容CD 的影响，极点断点频率将首先出现。
图2. CMOS 开关传递函数在导通状态下的波特图
因此，为了使带宽最大化，开关应具有低输入电容、低输出电容和低导通电阻。
串联旁路电容CDS 不但会在导通状态响应中形成一个零，同时也会在关断状态下导致开关馈通性能下降。
当开关关断时，CDS 将把输入信号耦合至。
组合逻辑电路的类型
组合逻辑电路的类型在前面的芝识课堂中，我们跟大家简单介绍了逻辑IC的基本知识和分类，并且特别提到CMOS逻辑IC因为成本、系统复杂度和功耗的平衡性很好，因此得到了最广泛应用，同时也和大家一起详细了解了CMOS逻辑IC的基本操作。
逻辑IC作为一种对一个或多个数字输入（信号）执行基本逻辑运算以产生数字输出信号的（半导体）器件，其应用也是非常丰富的，今天就来和芝子一起了解一下吧。
首先我们要明确的是CMOS逻辑IC大致包括两种逻辑，即组合逻辑和时序逻辑。
其中组合逻辑是输出仅为当前输入的纯函数逻辑电路类型，主要包括反相器、缓冲器、双向总线缓冲器、施密特触发器装置、解码器、（多路复用器）、（模拟）多路复用器／多路分解器、模拟开关等；时序逻辑是一种其输出取决于先前输入值的顺序，并由当前输入（如控制信号触发器、锁存器、计数器、移位（寄存器）等）控制的逻辑电路类型。
组合逻辑电路与时序逻辑电路的区别体现在输入输出关系、有无存储（记忆）单元、结构特点上。
首先我们以几个简单的电路部分为例，来介绍组合逻辑电路的基本情况。
1反相器组合逻辑应用中比较常见的是反相器（以74VHC04为例），是一种输出（Y）与输入（A）相反的逻辑门，如图1所示。
图1 逆变器的操作2缓冲器缓冲器（例如74VHC244），缓冲器增加驱动能力以增加可连接的信号线的数量，并执行波形整形。
缓冲区不执行逻辑操作，示意图如图2。
图2 缓冲器的操作3双向总线缓冲器（（收发器））双向总线缓冲器（收发器），比如74VHC245。
双向总线缓冲器（收发器）是一种其I/O引脚可配置为输入和输出以接收和发送数据的逻辑电路。
由于收发器允许通过控制信号（DIR）更改信号方向，所以它沿着总线传输，双向传输数据。
图3显示了收发器的应用示例。
双向使用总线信号时，将总线输入和总线输出都通过上拉电阻连接到VCC或GND，以防止在控制信号（DIR）切换信号时输入信号变为开路（未定义）。
切换信号时请注意不要将输出与总线输出短路。
多路模拟开关（MUX）的作用
多路模拟开关（MUX）的作⽤
模拟开关和多路转换器的作⽤主要是⽤于信号的切换。
⽬前集成模拟电⼦开关在⼩信号领域已成为主导产品，与以往的机械触点式电⼦开关相⽐，集成电⼦开关有许多优点，例如切换速率快、⽆抖动、耗电省、体积⼩、⼯作可靠且容易控制等。
但也有若⼲缺点，如导通电阻较⼤，输⼊电流容量有限，动态范围⼩等。
因⽽集成模拟开关主要使⽤在⾼速切换、要求系统体积⼩的场合。
在较低的频段上f<10MHz），集成模拟开关通常采⽤CMOS⼯艺制成：⽽在较⾼的频段上（f>10MHz），则⼴泛采⽤双极型晶体管⼯艺。
⼀种集成电路，内部有受外部电压信号控制的多个“电⼦开关”，每个“开关”的通断与控制信号相互独⽴。
通常电⼦开关的导通电阻在⼏⼗欧姆。
“模拟开关”的作⽤就是⽤在模拟信号的传输路径“切换”电路中，道理好⽐“继电器”。
如电视机的“AV输⼊”与机内视频/⾳频信号通道之间就常⽤到4路模拟开关。
当你通过遥控器切换AV状态时，电视机内部视频/⾳频信号被切断，⽽由外部线路输⼊的AV信号被接通⾄视频处理-显像电路和⾳频驱动放⼤电路中。
模拟开关与多路转换器
模拟开关与多路转换器问：ADI公司不给出ADG系列模拟开关和多路转换器的带宽，这是为什么?答：ADG系列模拟开关和多路转换器的输入带宽虽然高达数百兆赫，但是其带宽指标本身不是很有意义的。
因为在高频情况下，关断隔离(off isolation)和关扰指标都明显变坏。
例如，在1MHz情况下，开关的关断隔离典型值为70dB，串扰典型值为-85dB。
由于这两项指标都按20dB/+倍频下降，所以在10MHz时，关断隔离降为50dB，串扰增加为-65dB；在100MHz时，关断隔离降为30dB，而串扰增加为-45dB。
所以，仅仅考虑带宽是不够的，必须考虑在所要求的高频工作条件下这两项指标下降是否能满足应用的要求。
(关断隔离是指当开关断开时，对耦合无用信号的一种度量——译者注。
)问：哪种模拟开关和多路转换器在电源电压低于产品说明中的规定值情况下仍能正常工作?答：ADG系列全部模开关和多路转换器在电源电压降到+5V或±5V情况下都能正常工作。
受电源电压影响的技术指标有响应时间、导通电阻、电源电流和漏电流。
降低电源电压会降低电源电流和漏电流。
例如，在125°C，±15V时，ADG411关断状态源极漏电流IS(OFF)和漏极漏电流ID(OFF)都为±20nA，导通状态漏极漏电流ID(ON)为±40nA；在同样温度下，当电源电压降为±5V，IS(OFF)和ID(OFF)降为±25nA，ID(ON)降为±5nA。
在+125°C，±15V 时，电源电流I DD ，I SS 和IL最大为5μA；在±5V时，电源电流，最大值降为1μA。
导通电阻和响应时间随电源电压降低而增加。
图1和图2分别示出了ADG408的导通电阻和响应时间随电源电压变化的关系曲线。
此主题相关图片如下：图1 导通电阻与电源电压的关系曲线问：有些ADG系列模拟开关是用DI工艺制造的，DI是怎么回事?答：DI是英文Dielectric Isolation介质隔离的缩写，按照DI工艺要求，每个CMOS开关的NMOS管和PMOS管之间都有一层绝缘层(沟道)。
4路2选1模拟开关
4路2选1模拟开关在我们日常生活和工作中，电子设备的使用越来越普及，对于电子元器件的选择也显得愈发重要。
4路2选1模拟开关作为一种常见的电子元器件，以其小巧的体积、高效的性能赢得了市场的青睐。
本文将为您详细介绍4路2选1模拟开关的工作原理、应用场景、优势以及市场前景和选择建议。
一、简介4路2选1模拟开关，从名字就可以看出，它具有4个输入端口，2个输出端口。
这种开关的主要作用是在多个输入信号中选择两个进行输出。
它广泛应用于各种电子设备中，如音频、视频切换器、数据选择器等。
二、工作原理与操作方法4路2选1模拟开关的工作原理是利用电子元器件的导通与截止特性，实现对输入信号的选择与切换。
在使用过程中，用户可以通过控制开关的输入端来选择需要输出的信号。
操作方法很简单，首先，将需要切换的信号接入开关的输入端，然后通过控制器选择需要的输出信号。
这种开关通常具有手动和自动两种操作模式，手动模式下，用户可以直接操作开关选择输出信号；自动模式下，开关会根据预设的条件自动切换输出信号。
三、应用场景与优势4路2选1模拟开关在众多应用场景中，如音频切换、视频切换、信号处理等领域都有广泛的应用。
其优势主要体现在以下几点：1.小巧轻便：相比其他类型的开关，4路2选1模拟开关体积小、重量轻，便于安装和使用。
2.切换速度快：模拟开关的切换速度较快，能够满足高频切换的需求。
3.可靠性高：采用高品质元器件制造，具有较高的稳定性和可靠性。
4.易于控制：操作简单，可通过控制器方便地实现信号切换。
四、市场前景与选择建议随着科技的不断发展，对电子元器件的需求越来越大，4路2选1模拟开关市场前景十分广阔。
在选购时，建议关注以下几点：1.品牌：选择知名品牌，保证产品质量与售后服务。
2.参数：根据实际应用需求，选购合适参数的开关，如输入电压、输出电流等。
3.价格：合理的价格区间，避免过高或过低的价格。
4.口碑：了解其他用户的使用体验，参考口碑评价。
用模拟开关实现信号复用
用模拟开关实现信号复用请注意模拟开关和多路复用器，它们是信号通道的关键元件。
设计人员应当了解这些重要模拟部件的应用和规格。
要点模拟开关的主要规格是电压、导通电阻、电容、电荷注入、速度和封装。
介质绝缘工艺可防止一些开关的闩锁。
开关的工作范围从直流到 400 MHz ，甚至更高。
MEMS(微机电系统)开关在高频下运行良好，但存在可靠性问题，并且封装费用昂贵。
如果您是在仿真一个模拟开关，要确保对全部寄生成分的建模。
没有哪个 IC 原理图符号能比模拟开关的符号更简单(图 1a )。
一个基本开关仅包括输入、输出、控制脚和一对电源脚。
然而，在这简单的外观(图 1b )后面，隐藏着极其复杂的东西。
很多规格，包括电源电压和导通电阻，都对部件运行非常重要。
模拟开关也有许多交流规格，如带宽和开关时间。
所有这些规格(包括泄漏电流)都会随温度而变化，有时是彻底改变。
与其它所有模拟部件一样，开关也有相互作用并有一组连续值的规格。
这些规格并非白或黑，而是灰色梯度(参考文献 1 )。
一个模拟开关是复杂的，但要把它们联结成组，或者把它们集成到一个 IC 里以提供 DPDT (双刀双掷)功能或多路复用器，就会更加复杂。
例如，一个为ADC送入信号的多路复用器应当是一种先开后合的器件——也就是说，在接通之前，它应当断开触点，防止输入信号相互短路。
但是一个音频输出上的多路复用器可能需要先合后开器件——也就是说，它必须先接通，然后再断开，以防止音频信号中出现令人不快的卡嗒声和爆破音。
如所有模拟部件一样，事情要比第一眼看上去更复杂。
寻找新用途模拟开关总是在仪器和工业市场中占有一席之地。
数据采集卡重定模拟输入的路径，为接至 ADC 的测量提供多个通道，并把模拟输出传递到连接器或内部电路节点。
这些卡中的模拟开关和多路复用器传统上是高压部件，以保持它们的工业、军用和医用传统。
这些有几十年历史的应用将永远存在，但是几项新的技术进展正在使模拟开关的使用发生巨大的变化。
什么是电子电路中的多路复用器
什么是电子电路中的多路复用器在电子电路中，多路复用器（Multiplexer，简称MUX）是一种重要的数字电路元件，它的作用是实现多个输入信号中的一个信号经过选择后输出。
1. 多路复用器的基本原理多路复用器的基本原理可以用模拟电路中的开关来进行简单的描述。
假设有一组开关，每个开关对应一个输入信号，而多路复用器则控制这些开关的打开和关闭。
当多路复用器将某个开关打开时，对应的输入信号便通过该开关并输出；反之，当多路复用器将某个开关关闭时，对应的输入信号则不会通过该开关。
2. 多路复用器的结构和工作原理多路复用器一般由两部分组成：控制逻辑和数据选择部分。
控制逻辑负责接收控制信号，并根据信号的不同来控制数据选择部分的工作。
数据选择部分则根据控制逻辑的指令选择相应的输入信号，并将选择的信号输出。
多路复用器的工作原理可以简单描述如下：首先，控制逻辑通过控制信号指定需要选择的输入信号数量，比如2个、4个或者更多。
接着，数据选择部分根据控制信号选择对应数量的输入信号，并将选择的信号通过电路连接至输出端。
最后，输出端将选择的信号输出，供后续电路使用。
由于多路复用器可以选择多个输入信号中的一个，因此它常用于减少电路的复杂性和节省空间。
例如，多路复用器可以用于选择不同的数据源输入到一个共享的总线上，从而提高系统资源的利用率。
3. 多路复用器的应用多路复用器在数字电路和通信系统中有广泛的应用。
以下是一些常见应用示例：3.1 数据选择器多路复用器可以作为数据选择器使用，用于选择多个输入数据中的一个输出。
例如，在计算机的输入输出模块中，可以用多路复用器来选择不同的输入设备，如键盘、鼠标或者其他外部设备。
3.2 传输系统在通信系统中，多路复用器可以将多个信号通过同一条物理通道进行传输，从而节省通道资源。
例如，在电话网络中的时分多路复用技术（TDM）中，多个电话信号可以使用时分复用技术合并在同一条电话线路上进行传输。
3.3 数字显示器多路复用器可以用于数字显示器的控制。
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多路复用器和模拟开关
多路复用器（MULTIPLEXER 也称为数据选择器）是用来选择数字信号通路的；模拟开关是传递模拟信号的，因为数字信号也是由高低两个模拟电压组成的, 所以模拟开关也能传递数字信号。
在CMOS多路复用器中，因为其数据通道也是模拟开关结构，所以也能用于选择多路模拟信号。
但是TTL的多路复用器就不能选择模拟信号.。
用CMOS的多路复用器或模拟开关传递模拟信号时要注意：模拟信号的变化值必须在正负电源电压之间，譬如要传递有正负半周的正弦波时，必须使用正负电源且电源电压大于传递的模拟信号峰值，这时其控制或地址信号必须以负电源电压为0，而以正电源电压为1；或者用单电源供电，而使模拟信号的变化中值在 1/2 电源电压上, 传递之后再恢复到原来的值。
一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理
1.四双向模拟开关CD4066
CD4066的引脚功能如下图所示。
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；当控制端加低电平时开关截止。
模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，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。
2.单八路模拟开关CD4051
CD4051引脚功能如下图所示。
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。
此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组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。
3.双四路模拟开关CD4052
CD4052的引脚功能如下图所示。
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。
4.三组二路模拟开关CD4053
CD4053的引脚功能如下图所示。
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。
5.十六路模拟开关CD4067
CD4067的引脚功能如图所示。
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。
二、CMOS模拟开关典型应用举例
1.单按钮音量控制器
单按钮音量控制器电路如下图所示。
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100μF的电容，其中100μF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100μF 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。
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μF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，100μF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μF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。
2.四路视频信号切换器
四路视频信号切换器电路如下图所示。
“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μF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。
3.数控电阻网络
数字控制电阻网络电阻值大小的电路如下图所示。
图中，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。
4.音量调节电路
音量调节电路如下图所示。
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。
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。