模拟多路开关

UC1 R 11 Ui1 -20V R 21 T1 +4V T8 T1 Uo
Ui8
. . .
-20V
R 28 UC8 R 18 T8 +4V
绝缘栅场效应管多路开关
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模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
集成电路开关 工作原理如下： 工作原理如下：
G
D
N沟道增强型 沟道增强型
P沟道增强型 沟道增强型
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构 可分为： 可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
CMOS 信号 电压
PMOS和NMOS结合可以构成 CMOS(互补对称MOS： Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor 互 补型金属氧化物半导体)
通道选择8 通道选择8 通道选择1 通道选择1 Ui8 Ui1 VDD R 21 U C1 R 11 T1 Uo
. . .
T1 T8
VDD R 28 UC8 R 18 T8
截止， 当UC1 =0时，T1′截止，T1也截 时 路输入信号被切断。 止，第1路输入信号被切断。 路输入信号被切断
结型场效应管多路开关
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关 集成电路开关是将场 集成电路开关是将场 效应管、地址计数器、 效应管、地址计数器、 译码器及控制电路等 集成制造在一块芯片 上而构成的器件。 上而构成的器件。
电子式： 电子式：
机电式： 机电式：
电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅 电子多路开关由于是一种集成化无触点开关， 寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。 寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关
C C B E E
场效应晶体管开关
B
结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
NPN
PNP
双极型晶体管
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
特点： 特点：除了具有场效 应管的特性之外， 应管的特性之外，还 具有体积小、 具有体积小、使用方 便等优点。 便等优点。
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
双极型晶体管开关
模拟信号1 模拟信号1 R21
+15V VDD
Ui1
T1
Uo
其工作原理如下： 其工作原理如下：
CMOS型场效应管开关 型场效应管开关 的优点： 的优点：
导通电阻RON随信号电 导通电阻RON随信号电 RON 压变化波动小； 压变化波动小；
PMOS RON NMOS
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构 可分为： 可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
为例， 以CD4051为例，测试发现：CD4051的RON随电源电压和输入模拟电 为例 测试发现： 的 压的变化而变化。 压的变化而变化。当VDD=5V、VEE=0V时，RON=280Ω，且随 i的 、 时 ，且随V 变化突变； 变化突变；当VDD>10V、VEE=0V时，RON=100Ω，且随 i的变化 、 时 ，且随V 缓变。可见，适当提高CD4051的VDD有利于减小 ON的影响。 有利于减小R 的影响。 缓变。可见，适当提高 的 有利于减小
双极型晶体管开关电路
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
场效应管开关 ① 结型场效应管开关 工作原理如下： 工作原理如下：
设选择第1路信号。则令通道 设选择第 路信号。 路信号 控制信号U 控制信号 C1=1，开关控制管 ， T1′导通，集电极为低电平， 导通， 导通 集电极为低电平， 场效应管T 导通， 场效应管 1导通，UO=Ui1。
通道选择1
UC1
R11
T1
设选择第1路模拟信号。 设选择第 路模拟信号。则 路模拟信号 令通道控制信号U 令通道控制信号 C1= 0，晶 ， 体管T 截止， 体管 1′截止，集电极为高 电平，晶体管T 导通， 电平，晶体管 1导通，输 入信号电压U 被选中。 入信号电压 i1被选中。 同理， 同理，当令通道控制信号 UC2= 0 时，则选中第 路模 则选中第2路模 拟信号， 拟信号， UO = Ui2。
Ui8
. . .
T1 T8
VDD R 28
为分立元件， 缺点： 为分立元件，需专门 缺点： UC8 的电平转换电路驱动， 通道选择8 的电平转换电路驱动， 通道选择8 使用不方便。 使用不方便。
R 18
T8
结型场效应管多路开关
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
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模拟多路开关
3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为：
绝缘栅型场效应管 N沟道耗尽型 沟道耗尽型 P沟道耗尽型 沟道耗尽型
D G S D G G S S S D
双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
D0 D1 D2 D3 A1 A2 四选一多路开关 Y
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
类型： 类型：
机电式：用于大电流、高电压， 机电式：用于大电流、高电压，低 速切换场所； 速切换场所； 电子式：用于小电流、低电压， 电子式：用于小电流、低电压，高 速切换场所。 速切换场所。
. . .
Ui8 模拟信号8 模拟信号8 R28 UC8 通道选择8 R18 T8
+15V
T8
……
双极型晶体管开关电路
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
双极型晶体管开关
模拟信号1 模拟信号1 Ui1 T1 R21 UC1 通道选择1 R11 T1
四位计数器
23 22
21 20
集成多路开关
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 2. 多路开关的主要指标
RON：导通电阻； 导通电阻； 多路开关的导通电阻R 一般为数10Ω 1kΩ左 10Ω至 多路开关的导通电阻 ON（一般为数10Ω至1kΩ左 比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级） mΩ量级 右）比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级）大 得多， 得多，对自动数据采集的信号传输精度或程控制 增益放大的增益影响较明显。 增益放大的增益影响较明显。 而且R 随电源电压高低、 而且 ON随电源电压高低、传输信号的幅度等的变 化而变化，因而其影响难以进行后期修正。 化而变化，因而其影响难以进行后期修正。 实践中一般是设法减小R 来降低其影响。 实践中一般是设法减小 ON来降低其影响。
场效应管开关 ② 绝缘栅场效应管开关 其工作原理与结型场效 应管多路开关类似。 应管多路开关类似。
开关切换速度快， 开关切换速度快，导通电 优点： 优点： 阻小， 阻小，且随信号电压变化 波动小； 波动小；易于和驱动电路 集成。 集成。 衬底要有保护电压， 沟 衬底要有保护电压，P沟 缺点： 缺点： 道加正电压， 沟道加负 道加正电压，N沟道加负 电压。 电压。
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 2. 多路开关的主要指标
RON：导通电阻； 导通电阻； RONVS：导通电阻温度漂移； 导通电阻温度漂移； IC：开关接通电流； 开关接通电流； IS ：开关断开时的泄漏电流； 开关断开时的泄漏电流； CS：开关断开时，开关对地电容； 开关断开时，开关对地电容； COUT：开关断开时，输出端对地电容； 开关断开时，输出端对地电容； tON：选通信号EN达到50%这一点时到开关接通时的延 选通信号EN达到50% EN达到50%这一点时到开关接通时的延 迟时间； 迟时间； tOFF：选通信号EN达到50%这一点时到开关断开时的 选通信号EN达到50% EN达到50%这一点时到开关断开时的 延迟时间； 延迟时间； tOPEN：开关切换时间，即当两个通道均为断开时， 开关切换时间，即当两个通道均为断开时， 开关从一个通道的接通状态转到另一个通道 的接通状态并达到稳定所用的时间。 的接通状态并达到稳定所用的时间。
设选择第1路信号。 设选择第 路信号。则计算机输 路信号 出一个4位二进制码 位二进制码， 出一个 位二进制码，把计数器 置成0001状态，经四-十六线译 状态， 置成 状态 经四码器后， 根线输出高电平， 码器后，第1根线输出高电平， 根线输出高电平 场效应管T 导通， 场效应管 1导通，UO= Ui1，选 路信号。 中第1路信号 中第 路信号。
PMOS和NMOS结合可以构成 CMOS(互补对称MOS： Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor 互 补型金属氧化物半导体)