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。
电容器电容偏差及控制措施
设备投切 困难。 因此 ，本文分析 了电容器 电容偏差在 原材料 、环境 、设备 、设计过程 中产 生的原 因，并提 出了改进措施 ，以供 大 家交流探讨。 关键词 ：电容偏差；影响因素；控制措施 中图分类号 ： Ｔ Ｍ５ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ １ — ５ ５ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ）３ ８ － ０ ２ ８ ７ — ０ １ ’
究， 对耐压机压板的平整度进行调整 ， 使得元件厚度均 匀平整 。 对垫板尺寸尽可能到达元件 厚度 的要求 。保证元件的压紧系数 与设计值一致 。
３ ． ３ 工 艺 的控 制 （ １ ） 环 境控 制
目前，半 自动化卷 绕机 已经逐步被全 自动所替代 ，大大 的 减 小了人 为因素对 电容 的影响，但即便都是全 自动设备 ，设备
的参 数不 同 （ 包括 张力 ，卷绕速度等 ），卷绕 出来 的元件 电容
也存在一定 的偏差 。因为卷绕长度是靠传 感器来控制 的，也不 能保证没有任何差异 。通过实验得到 ，同一个设计参数 ，同批 次材料 的卷制过程 中，设定一定 的长度，通 过同一卷制机和不 同的卷绕 机卷 出来 的元件 ，实 际长 度也有所 不 同，有ｓ７ ０ ｍｍ 的误 差。这也就使得过程控制 电容和成品后出现 了差异 。 ２ ． ２ ． ２ 元件耐压机
２ ＿ ２ 设 备 问 题 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ ＿ ２ ． １ 卷绕机
对卷制机进行严格管理 ，设备的参数 （ 包括张力、速 度等 设置要一定 ，不能随意变化 。对不 同的卷制机设置进行调整， 使得每台卷制机按照同一参数卷 出的元件 电容偏差尽可 能小 。
数模转换讲解
本章的难点：
本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作 过程上，但这不是本章学习的重点。
1
第九章 数模和模数转换 第一节 概述
数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 传感器 计算机 被控对象 A/D转换器
驱动电路
D/A转换器
2
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
权电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器 开关树型D/A转换器 并联比较型 A/D 转 换 器 直接转换型 反馈比较型 计数型 逐次渐进型
D/A 转 换 器
间接转换型
双积分型（V－T变换型）
转换时间
TTR (max) ts
V0 (max) SRபைடு நூலகம்
输出模拟电 压最大值 运放输出转 换速率
17
第三节 A/D转换器 一、A/D转换的基本原理 在A/D转换器中，由于输入 模拟信号在时间上是连续的， 而输出数字信号是离散的，所 以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入模拟信号采样，然后 再把这些采样值转换成输出数 字量。
公式化简过程请 同学自己解决。
26
2.反馈比较型A/D转换器
思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把D/A转换器输出的 模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直 到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。
(1)计数型A/D转换器 数字量由计数 器提供。
B =
1 0
I O
I REF RB 2 2R
B
常用模拟开关芯片型号与功能和应用介绍
CD4051引脚功能图
UDD 16
(+15V)
INH C
6
9
BA
10
11
电平转换
地8
译码驱动
UEE 7
(-15V)
3 4 2 5 1 12 15 14 13
SmS7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
{S4
IN/OUT
S6 (OUT/IN S)m
{S7
IN/OUT
S5 INH UEE
1
16
2
1
1
0
1
0
“13”
1
1
1
0
0
“14”
1
1
1
1
0
“15”
1
均不接通
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
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。
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。
INH为“1”时断开 所有通道的接通。
第12章_智能测量仪器与自动测试系统1
国际标准
§12-5 数据采集系统
一、数据采集系统的组成 传感器 ….. 传感器 多 路 开 关 放 大 隔 离 采 样 保 持 计 算 机
A/D
1. 模拟开关 通道数 泄漏电流——通道断路，电阻不为无穷大 通道断路， 泄漏电流 通道断路 导通电阻——通道短路电阻不为零 导通电阻 通道短路电阻不为零 切换速度 电压范围 光电隔离 2. 隔离运放 隔离运放 电磁隔离
§12-1 概述
一、智能仪器 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物。 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物。由于它 拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能， 拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能，因 而称之为智能仪器 智能仪器。 而称之为智能仪器。 经典的 测量理论 现代的 测量理论 计算机 + 技术 测量 技术 测量的三要素 标准量，被测量， 标准量，被测量，比较仪器 • 提取被测量的信息特征； 提取被测量的信息特征； • 作为测控系统的一部分； 作为测控系统的一部分； 现代测量 理论与技术 智能仪器
二、智能仪器的特点 1. 测量过程的软件控制 自动量程切换； 自动量程切换； •用软件实现早期由硬件实现的功能 自动极性判断； 用软件实现早期由硬件实现的功能 自动极性判断； 自动巡回检测； 自动巡回检测；... • 人机对话；自检；自诊；显示及打印；... 人机对话；自检；自诊；显示及打印； 2. 数据处理 • 数据存储； 数据存储； • 数据处理——误差处理；数字滤波；时域/频域分析；... 误差处理； 数据处理 误差处理 数字滤波；时域/频域分析； 3. 多功能化 有功、 例：智能化电力分析仪——有功、无功、电压、电流、… 智能化电力分析仪 有功 无功、电压、电流、 峰谷记录、打印报警、 峰谷记录、打印报警、...
模拟开关使用指南-使用模拟开关必读
可推算出 Cfeed=0.07pF。因此两个系统中开关的 Cfeed 大致相等。所以，虽然音频信号比视频 信号的频率低得多，但是由于前者要求的隔离度比后者高得多，结果造成两个系统需要性能
相当的模拟开关。
现代高速系统需要宽带低电压模拟开关，因此要求ON 反比于栅源电压与门槛电压之差，低电压时 RON 自然会变大。 当然，增大 FETS 管芯面积可以减小 RON，但这却使寄生电容变大，因而，在许多场合，并不 会真正改善开关性能。
最终，我们决定采用如 MAX323 一类的高性能模拟开关。根据其 Cfeed=0.8pF, RLOAD=47K Ω,推导出隔离度=46dB，仍不理想，距要求还有一定距离。不过由于 MAX323 导通电阻平坦 度好，因而信号失真小，该项指标满足要求。
既然负载电阻也是影响开关隔离度的一个主要因素，那么设计者可能会想到采用运放缓 冲模拟开关信号，使开关驱动低阻负载。当模拟开关的负载电阻减小到 470Ω时，隔离度增 加 20dB。但采用运放后，产生了几个新问题。其一是，运放和低阻负载会消耗更多功率。2V 的信号在 100Ω的负载上就要消耗 20mA 电流，这还不包括运放自身消耗的功率。另一个更敏 感问题是，由于负载电阻大大减小，△RON 与负载电阻的比值增大许多，结果产生很大的谐波 失真，大约 10%，这样的开关真可谓低保真系统，产品自然不会有市场。
上式中：VISO=开关隔离度、f=信号频率、RLOAD =负载电阻、Cfeed=馈通电容
通常，产品数据表中不会直接列出 Cfeed 大小，而是给出在某一频率和负载条件下的隔离
度。因此需要通过下式推导 Cfeed：
C FEED
=
1
2π fR LOAD
V ISO
10 20
模拟开关的性能参数
模拟开关的性能参数
Ron：开关导通时输入端与输出端之间的电阻
Roff：断开时输入端与输出端之间的电阻
IS ：开关断开时的泄漏电流；
IC ：开关接通电流；
CS：开关断开时，开关对地电容；
COUT：开关断开时，输出端对地电容；
此外还有最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等.
动态特性：开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间Ton和开关截止延迟时间TOff, 通常TonT0ff, 抱负模拟开关时Ton→0，Toff→0 为了得到高质量的采样保持电路，模拟开关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启电压，导通电阻和反向漏电流等参数都应小。
1. 漏电流
通过断开的模拟开关的电流，用IS表示。
在n个模拟开关的并联组合中，当一个开关导通时，其它n－1个开关是断开的，未导通开关的漏电流将通过导通的开关流经信号源，如图所示。
这样，将在输出端形成一个误差电压UOE。
输出端的误差电压：
IS — 单个开关的漏电流。
假如通道数增加或信号源内阻很大时，状况还要严峻。
改进的方法：采纳分级结合电路。
将3n个通道分成3 组，再用3
个其次级的开关接到输出端。
这样将使流到输出端的漏电流由(3n－1) 降到(n－1)，差不多减至三分之一。
3. 源负载效应误差
由于负载效应是一种分压作用，使输出到上的信号减小，因此应合理设计
①提高负载电阻，RL RS+RON
②依据负载效应误差，在下级提高增益来补偿
4.串扰：断开通道的信号电压耦合到接收通道引起的干扰。
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。
模拟开关和多路复用器常见问题解答
模拟开关和多路复用器常见问题解答声明Analog Devices公司拥有本文档及本文档中描述内容的完整知识产权（IP）。
Analog Devices公司有权在不通知读者的情况下更改本文档中的任何描述。
如果读者需要任何技术帮助，请通过china.support@或免费热线电话4006-100-006联系亚洲技术支持中心团队。
其他技术支持资料以及相关活动请访问以下技术支持中心网页/zh/content/ADI_CIC_index/fca.html.Analog Devices, Inc.版本历史版本日期作者描述1.0 2013/9/7 CAC(XS)文档新建目录版本历史 (II)目录 (III)第1章简介 (4)1.1产品简介 (4)1.2参考资料 (5)第2章模拟开关基础 (6)第3章常见应用问题解答 (8)3.1 使用模拟开关时，会带来哪些直流误差？ (8)3.2使用模拟开关时，会带来哪些交流误差？ (9)3.3模拟开关的建立时间和开关时间代表什么？ (14)3.4在使用电子开关设置运放增益时，怎样减小模拟开关的导通电阻所带来的误差？ (14)3.5什么条件会导致模拟开关的闩锁？ (17)3.6模拟开关可以驱动的电容大小是多少，或者说其输出端的走线长度有要求吗？ (20)3.7当数字控制口悬空时，电子开关的输入处在什么状态，会切换到固定的通道吗？ (20)3.8模拟电子开关可否用来传输4-20mA电流信号？ (20)3.9模拟电子开关的输入信号大小怎么确定？ (20)3.10模拟电子开关在没有上电的情况下其输入输出通道是什么状态？ (21)3.11模拟电子开关有没有大电流导通能力的，可以应用在切断电源上的电子开关？ (21)3.12电子开关是不是都是双向导通的？ (21)第1章简介1.1 产品简介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的设计中，模拟开关和多路复用器已成为必要元件之一。
模拟开关测试方法探讨
模拟开关测试方法探讨魏军【摘要】集成多路模拟开关(以下简称模拟开关)在电子电路中起接通信号或断开信号的作用,主要用于模拟信号与数字控制的接口.近几年,集成模拟开关的性能有了很大的提高,可工作在非常低的电源电压,具有较低的导通电阻、微型封装尺寸和极佳的开关特性,是自动数据采集、程控增益放大等重要技术领域的常用器件,其实际使用性能的优劣对系统的可靠性有着重要影响.以4路SPST集成开关AD7510为例,重点讨论了模拟开关参数指标以及其功能和关键参数的一般测试方法.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(015)010【总页数】4页(P8-11)【关键词】模拟开关;集成电路;测试方法【作者】魏军【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TN407开关，就是在电子电路中起接通信号或断开信号作用的器件，分机电式（如各种类型的继电器）和电子式（晶体管开关、集成电路开关等）。
而模拟开关属于电子开关的一种，它是一种三稳态电路，可以根据选通端的电平，决定输入端和输出端的状态。
当选通端处于选通状态时，输出端的状态取决于输入端的状态；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。
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，因而在视频音频系统、自动控制系统、数据采集及采样保持系统中得到了广泛应用。
目前市场上的模拟开关多以CMOS电路为主，通常由传输门电路及MOSFET构成。
如图1所示，该开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成。
其工作原理如下：假定选通端A输入为1：当输入端S同为1时，则N1端为0，N2端为1，这时VT1截止，VT2导通，输出端D输出为1，此时D=S；当输入端A为0时，则N1端为1，N2端为0，这时VT1导通，VT2截止，输出端D为0，此时D=S。
也即当选通端A为1时，相当于输入端和输出端接通。
测定电阻电感电容的交流阻抗实验报告中误差分析
测定电阻电感电容的交流阻抗实验报告中误差分析测定电阻电感电容的交流阻抗实验误差中理论计算有是有的，但是到了设计成熟阶段好象大部分人都是凭借以前的调试经验了，一般对于电容大小的取值要考虑到系统的频响（简单点说加的电容越大，带宽越窄），然后就是振荡问题；如果你非要计算，可以看看运放的输入端的分布电容是多大，举个例子，负反馈放大电路就是要保证输入端的那个电阻阻值和分布电容的乘积=反馈电阻的阻值和你要加的电容的乘积......
测定电阻电感电容的交流阻抗误差实验，一般实际使用的运算放大器对一定频率的信号都有相应的相移作用，这样的信号反馈到输入端将使放大电路工作不稳定甚至发生振荡，为此必须加相应的电容予以一定的相位补偿。
在运放内部一般内置有补偿电容，当然如果需要的话也可在电路中外加，至于其值取决于信号频率和电路特性。
测定电阻电感电容的交流阻抗实验，若Rf的阻值较大，放大器的上限频率就将严重下降，同时Cs、Rf引入的附加滞后相位可能引起寄生振荡，因而会引起严重的稳定性问题。
对此，一个简单的解决方法是减小Rf的阻值，使ωh高出实际应用的频率范围，但这种方法将使运算放大器的电压放大倍数下降(因Av=-Rf/Rin)。
为了保持放大电路的电压放大倍数较高，更通用的方法是在Rf上并接一个补偿电容Cf，使RinCf网络与RfCs网络构成相位补偿。
RinCf将引起输出电压相位超前，由于不能准确知道Cs的值，所以相位超前量与滞后量不可能得到完全补偿，一般是采用可变电容Cf，用实验和调整Cf的
方法使附加相移最小。
若Rf=10kΩ,Cf的典型值丝边3～10pF。
对于电压跟随器而言，其Cf值可以稍大一些。