多路模拟开关解析
多路复用模拟开关
向二极管电流为最大额定电流值。 2. θJA是在空气条件下，元件直接安装在高效导热性系数的测试板上测量得到的。详细内容参考技术
摘要TB379。
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武汉力源信息技术有限公司
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免费电话：800-880-8051
数据手册 DS-107-00024CN
电源供电考虑
ISL43681 和 ISL43741 的结构是典型的 CMOS 模拟开关，因为它们有 3 个电源引脚：V+,V-,和 GND。 V+和 V- 驱动内部 CMOS 开关，决定它们的模拟电压极限值，因此模拟信号通路和 GND 之间没有连接。 不象用 13V 最大电源电压供电的其他模拟开关，ISL43681 和 ISL43741 的 15V 最大电源电压为 10%容差
引脚图
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真值表
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注：逻辑“0” ≤ 0.8V，逻辑“1” ≥ 2.4V，V+在 2.7V 和 10V 之间。”X”=无影响。
注：逻辑“0” ≤ 0.8V，逻辑“1” ≥ 2.4V，V+在 2.7V 和 10V 之间。”X”=无影响。 订购信息
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引脚描述
引脚 V+ VGND
Hale Waihona Puke ENENLECOM NO ADD N.C.
IC资料-CD4051_4052_4053多路选择模拟开关
850
270
1050
1300
330
120
400
520
Ω
210
80
240
300
10
10
Ω
5
±50 ±200 ±200 ±200
±0.01
±50
±500 ±2000 ±2000 ±2000
nA
±0.08 ±200 ±0.04 ±200 ±0.02 ±200
nA
1.5 3.0 4.0 3.5 7 11 -0.1 0.1 3.5 7 11 -10-5 -10-5
-0.1 0.1 20 40 80
-10-5 -10-5
-0.1 0.1 20 40 80
-0.1 0.1 150 300 600
信号输入VIS和输出VOS VDD＝2.5V VEE＝-2.5V 或VDD＝5V VEE＝0V VDD＝5V 导通电阻 （峰值 RL＝10kΩ VEE＝-5V RON VEE ≤ VIS ≤ （任一通道） 或V DD＝10V VDD） VEE＝0V VDD＝7.5V VEE＝-7.5V 或V DD＝15V VEE＝0V VDD＝2.5V VEE＝-2.5V 或VDD＝5V VEE＝0V VDD＝5V 任两个通道间 RL＝10kΩ （任 VEE＝-5V 的导通电阻增 或V DD＝10V 一通道） 益 VEE＝0V VDD＝7.5V VEE＝-7.5V ΔRON 或V DD＝15V VEE＝0V 关态通道漏电 VDD-＝7.5V，VEE＝-7.5V 流， 任一通道处 O/I＝±7.5V，I/O＝0V 于关态 inhibit=7.5V CD4051 关 态 通 道 漏 电 VDD=7.5V CD4052 流， 所有通道处 VEE=-7.5V O/I=0V 于关态 CD4053 I/O=±7.5V 控制输入A、B、C和inhibit VEE＝ VSS，RL VDD=5V ＝1k Ωto VSS VDD=10V 低 电 平 输 入 电 IIS<2uA,所有的 VIL 通道为关态 压 VDD=15V VIS＝VDD thru
多路模拟开关工作原理
多路模拟开关工作原理
嘿，朋友们！今天咱来唠唠多路模拟开关的工作原理。
你知道不，这多路模拟开关就像是一个超级管理员！比如说，把它想象成一个交通指挥员，道路就是那些信号通道。
这多路模拟开关可不简单呐！它可以根据需要，快速又准确地切换不同的信号通道。
就好比你在听音乐的时候，从一首欢快的歌突然切换到一首抒情的歌，是不是很神奇？这就是它的厉害之处！
咱举个例子哈，就像你家里有很多电器，电视、冰箱、洗衣机啥的。
你不可能同时使用它们所有吧，那就得有个东西来帮忙控制，让电流准确地流到你想要打开的那个电器上。
这多路模拟开关就是干这个活儿的！你说它重要不重要？
它的工作过程就好像是走迷宫一样。
要在众多的通道中找到正确的那一条，然后打开通道的大门，让信号顺利通过。
哎呀呀，是不是很有意思？
当信号来临，多路模拟开关就迅速行动起来。
“嘿，这边来啦，赶紧给它带路！”它就像是个火眼金睛的大侠，一下子就找到了正确的路径。
而且啊，这多路模拟开关还特别智能呢！它能够根据不同的情况做出最恰当的选择。
就好像你去餐厅点餐，服务员会根据你的口味和需求给你推荐最合适的菜品一样。
总之呢，多路模拟开关的工作原理真的很奇妙，它在各种电子设备中都发挥着至关重要的作用。
没有它，那些电子设备可就没法这么顺畅地工作啦！这就是它的魅力，难道你不想更深入地了解它吗？。
多通道模拟开关芯片
多通道模拟开关芯片多通道模拟开关芯片是一种集成电路，用于控制和切换多个模拟信号通路。
它能够实现多个输入信号之间的切换和连接，具有较低的开关损耗和较高的带宽，可广泛应用于各种模拟信号处理系统中。
多通道模拟开关芯片的主要作用是将多个输入信号通过开关控制，选择其中一个或多个信号作为输出。
它通常由多个模拟开关和控制逻辑电路组成。
每个模拟开关由一个开关管和一个控制信号控制，当控制信号为高电平时，开关管导通，将输入信号连接到输出端；当控制信号为低电平时，开关管截断，断开输入信号与输出端的连接。
通过控制不同的开关管，可以实现不同的信号通路选择和切换。
多通道模拟开关芯片具有以下几个特点和优势：1. 多通道选择：多通道模拟开关芯片通常具有多个通道，可以同时选择和切换多个信号通路。
这使得它在多通道信号处理系统中非常有用，可以方便地实现不同信号通路之间的切换和连接。
2. 低开关损耗：多通道模拟开关芯片在导通状态下，其开关管的内阻非常低，可以认为是一个接近理想导线的开关。
这使得它在信号传输中具有较低的损耗，可以减少信号的衰减和失真。
3. 高带宽：多通道模拟开关芯片通常具有较高的带宽，可以支持高速信号传输和处理。
这使得它适用于高频率信号处理和带宽要求较高的应用领域。
4. 低串扰：多通道模拟开关芯片在切换时能够有效地减少信号之间的串扰。
它采用了特殊的设计和布局，使得不同信号通路之间的干扰和串扰最小化。
5. 灵活性和可编程性：多通道模拟开关芯片通常具有较高的灵活性和可编程性。
它可以通过控制信号的变化来选择不同的信号通路，也可以通过编程设置开关的状态和动作。
这使得它适用于各种不同的应用场景和需求。
多通道模拟开关芯片在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在音频处理系统中，可以使用多通道模拟开关芯片来实现音频输入和输出的切换和选择；在电视信号处理系统中，可以使用多通道模拟开关芯片来选择不同的视频信号源；在医疗设备中，可以使用多通道模拟开关芯片来选择不同的生理信号采集通路；在测试和测量仪器中，可以使用多通道模拟开关芯片来实现多路信号的切换和连接。
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。
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。
多路复用器和模拟开关
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CD4066CD4066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CD4051CD4051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。
模拟开关电路介绍
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，则不管输人端电平如何，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。
一、模拟开关的电路组成及工作原理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。
表一模拟开关的工作原理如下：当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。
当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。
当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2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Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。
二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。
现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。
表二常用的模拟开关三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。
每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。
使用时选通端是不允许悬空的。
下面介绍CD4066模拟开关的两个应用实例。
1．采样信号保持电路采样信号保持电路如图二所示。
图二采样信号保持电路模拟信号Ｕi从运算放大器的同相输人端输人。
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3. 滤波芯片Maxim MAX260 2) 特性
配有滤波器设计软件，带微处理器接口； 可控制64个不同的中心频率，128个不同的品质 因数和4种工作模式； 对中心频率和品质因数可独立编程； 时钟频率域中心频率比值精度可达1%；
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3. 滤波芯片Maxim MAX260
3) 传递函数 低通滤波器传递函数
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2. AD585 (1) 结构 单片采样保持放大器，由高性能运算放大器、低漏
电模拟开关和场效应管放大器构成。
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2. AD585 (2) 性能 采样时间：3us 泄漏速率：1mV/ms； 失调电压：3mV； 外部温度：-55~+125度； 片内保持电容、片内匹配电阻； 电源： ±12V或±15V； 可表贴。
H (s)
s2
w02 s(w0 / Q)
w02
带通滤波器传递函数
H (s)
s2
s(w0 / Q) s(w0 / Q)
w02
高通滤波器传递函数
H (s)
s2
s2 s(w0 / Q)
w02
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1. 概述 (1) 存储器功能：具有记忆功能的部件，用来存放
数据和程序 (2) 存储器分类
1) 按在系统中的作用 2) 按存储介质 3) 按存储方式 4) 按信息的可保存性
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(2) 存储器分类—1) 按在系统中的作用
主存储器(主存)
存放当前运行时 所需要的程序和
数据，以便向 CPU快速提供信
息。 存取速度快、容 量较小，价格较 高，设置于主机 内部（内存储器）
辅助存储器(辅存)
存放暂时不参与运 行的和永久性保存 的程序、数据和文 件。需要时批量与
主存交换。 容量大、价格低、 存取速度较慢、设
3
(3) 开关元件——重要部件 机电开关：干簧继电器 湿式水银继电器
电气特性理想 速度偏慢 体积偏大
固体开关：双极型晶体管 场效应管 CMOS集成模拟开关
ห้องสมุดไป่ตู้体积小 速度快 导通电阻小
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(4) CMOS集成模拟开关 性能指标：通道数目
开关电阻 漏电流——漏级电路 输入电压 分类：多输入单输出 单输入多输出
DIP:Dual In-line Package， 双列直插 式封装
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(3) 应用：两片AD5701实现16通道开关
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1. 概述
(1) 采样/保持电路 A/D转换时使输入信号保持不变的电路，对数据采集 系统精度有决定性影响。
(2) 运行模式 采样模式+保持模式，由数字控制输入端选择
(3) 构成 保持电容、逻辑输入控制的开关电路、输入输出缓 冲放 大器等。
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(5) 常用芯片 AD公司AD7501 AD7503 RCA公司CD405 MOTA公司MC14051
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2. AD7501
(1) 逻辑结构 3个地址线 A3 A2 A1 使能端EN 8路输出S1，S2，……,S8
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(2) 性能参数
CMOS工艺制造 单路8选1模拟多路转换器 16引脚DIP封装 电源：+/-15V 功耗：300uW 开关接通电阻：170欧 开关接通、断开时间：0.8us
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1. 放大电路原理—(1) 同相串联差动放大器
Uo
Ui2
(1 R2 R3
/ R1)Ui1
R4
Ui2
1
R4 R3
U
i
2
Ui1
R1 R4 R2 R3
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1. 放大电路原理—(2) 同相并联差动放大器
Uo1 Ui1 IR1,Uo2 Ui2 IR2 , I Ui1 Ui2 / R7
置于主机外部部 （外存储器）
高速缓冲存储器 （缓存）
存放当前正在执行 的部分程序或数据， 向CPU快速提供马 上要执行的指令或 数据。位于CPU和 主存之间，速度可 与CPU匹配，存取 时间快，容量较小
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(2) 存储器分类—2) 按存储介质 a. 半导体存储器：半导体作为存储介质。 b. 磁存储器： 非磁性或塑料材料做基底，表面涂敷高磁导率 和硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态 记录1和0；容量大，价格低，广泛用于辅存。 c. 光盘存储器： 有机玻璃做基底，表面涂敷记录介质；存储密 度高，容量大，易于更换，存储速度慢。
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(4) 工作过程 采样模式期间，输入控制开关闭合，A1的输出给
电容快速充电； 保持模式期间，输入控制开关断开，A2输入阻抗
高，电容器保持充电时的最终值不变
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(5) 性能参数 孔径时间：从保持命令发出到开关完全断开所需时
间，也即开关从闭合状态到断开状态的过渡时间。 捕捉时间：从采样命令发出到采样/保持器的输出
由上次保持值达到输入信号的当前值所需时间。 保持电压的衰减率：保持模式状态下，由于保持电
容的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减 的速率。
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(4) 结构形式 1) 多通道公用S/H和A/D
特点：完成一次AD变换后，要等到下一次采样命令到 达，并是保持电容上的电压跟踪到当前输入信号的值 后，才能再次启动AD变换器。速度慢，易引起各通 道相位误差
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(4) 结构形式 2) 多通道公用A/D
特点：启动采样后，各通道并行进行采样，然后由 多路开关轮流选通并进行AD变换。不必考虑采样 /保持器的捕捉时间。
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(4) 结构形式 3)多通道分别采用S/H和A/D
特点：各通道分别采用S/H和A/D，适用于高速多 通道数据采集系统和各通道同时采集数据的系统。
Uo
1
R1 R2 R7
R5 R3
U i 2
Ui1
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2. AD620集成仪表放大器 (1) AD620原理 (2) AD620基本放大电路
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1. 滤波 2. 滤波器分类： 高通滤波器 低通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器
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3. 滤波芯片Maxim MAX260 1) 结构
1
6.1 多路模拟开关 6.2 采样/保持电路 6.3 信号放大电路 6.4 MAX滤波芯片 6.5 存储电路 6.6 显示电路
2
(1) 用途 模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号
接通或断开的元件或电路。
(2) 构成
多路模拟一般由开关元件和控制（驱动）电路
两部分组成。
开关元件
控制电路
17
2. AD585 (3) 应用— 一倍增益采样保持电路
18
1. 放大电路原理 用途： 传感器输出电压信号一般较弱，后面需接放大器电路，
与AD转换器所需电平极性匹配，充分利用AD精度； 阻抗变换，隔离后面的负载对传感器影响，充分抑制
共模干扰； 要求：高输入阻抗、高共模抑制比、低失调与漂移、
低噪声及高闭环增益稳定性等。