多路复用器和模拟开关
分流器的技术原理及应用
分流器的技术原理及应用分流器（Multiplexer）是一种电子设备或电路，用于选择多个输入信号中的一个，并将其发送到一个输出信号。
分流器的技术原理是利用多路选择器和器件的逻辑门电路，根据输入的选择信号来控制不同的输入信号路径，以实现信号的选择和分流。
以下是对分流器的技术原理及应用的详细介绍。
分流器通常由多个输入端、一个选择端和一个输出端构成。
其中，输入端是需要被选择或分流的信号源，选择端是控制信号线，用于选择输出信号源，输出端用于输出所选择的信号。
基本上，分流器的内部是由多个开关组成的，通过控制这些开关的开闭状态，来选择输入信号并将其传输到输出端。
分流器主要有两种类型：模拟分流器和数字分流器。
模拟分流器用于处理模拟信号，而数字分流器则用于处理数字信号。
不论是哪种类型的分流器，其原理都是通过选择端的控制信号来控制输入信号的传输路径。
在模拟分流器中，通常采用模拟开关作为开关元件，它们能够根据选择信号控制通断，从而选择不同的输入信号。
数字分流器则使用数字逻辑门电路来实现信号的选择和分流。
常见的数字逻辑门包括与门、或门、非门和异或门等。
通过组合这些逻辑门，可以实现多个输入信号的选择和分流的功能。
分流器的应用：分流器在现代电子技术中具有广泛的应用，以下列举了其中的几个典型应用场景：1.数据通信系统：分流器可用于实现多路数据传输，提高数据传输效率。
例如，多路复用器（MUX）是一种分流器，能够将多个输入信号进行复用，并通过一个传输通道将它们传输到输出端。
2.数字显示器：分流器能够根据控制信号选择不同的输入信号，并将其输出到显示器上。
例如，LED显示器使用分流器来控制多个LED灯的亮灭，实现不同数字的显示。
3.光纤通信：在光纤通信系统中，分流器被用来划分光纤的带宽，将不同的信号分配到不同的光纤上进行传输。
4.存储器控制：分流器可以实现存储器的读写控制，将不同的数据信号选择并发送到相应的存储单元。
5.参数测量：分流器可以将不同的参数测量信号选择并输入到相应的测量设备中，以实现多种参数的测量。
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。
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。
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。
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。
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，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)。
模拟开关(16-1)X1--ADG5206_5207_cn
2012年7月—修订版0：初始版
绝对最大额定值...........................................................................10 ESD警告....................................................................................10
引脚配置和功能描述 ..................................................................11 典型性能参数 ...............................................................................15 测试电路 ........................................................................................20 术语.................................................................................................22 应用信息 ........................................................................................23
Ω (最大值) Ω (典型值) Ω (最大值)
nA (典型值)
nA (最大值) nA (典型值)
nA (典型值) nA (最大值) nA (典型值) nA (最大值) nA (典型值)
nA (典型值) nA (最大值) nA (典型值) nA (最大值) nA (典型值)
模拟多路复用器及其在微动检测设备中的应用
模拟多路复用器及其在微动检测设备中的应用要学玮;许良军;卢娜【摘要】本文介绍了模拟多路复用器的工作原理及若干重要选型指标的含义.以微动检测设备中的数据采集系统为例,介绍了模拟多路复用器在工程上的使用方法.使用模拟多路复用器解决了微动检测设备数据采集过程中对数据采集卡端口复用的问题,将端口使用数量缩减为原来的四分之一,并极大地较少了系统接线的数量.本文通过对实际应用要求的分析,给出了设计方案.【期刊名称】《机电元件》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】5页(P57-61)【关键词】模拟多路复用器ADG604;数据采集;NI PCI6281;微动【作者】要学玮;许良军;卢娜【作者单位】北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876;北京邮电大学,北京,100876【正文语种】中文【中图分类】TN7841 引言多路复用技术最早出现在通信领域，常用的两种方式有频分复用和时分复用。
采用这种技术可以使多路信号轮流使用同一个公共的信道，从而节省线路铺设，同时充分利用信道资源。
所谓频分复用，就是将传输信号的信道总带宽划分成若干个子频带，每个频带传输一路信号。
各路信号按频率分割的方式共用公共信道。
所谓时分复用，就是对于一个周期，将时间按信号数量划分成不同的时隙，每路信号在一个周期中占用固定的时隙。
在公共信道上进行扫描，各路信号就按时间分割的方式进行多路传输。
现有的微动设备数据采集系统采集八路差分模拟信号，占用数据采集卡NIPCI6281全部16个模拟输入端口。
当需要采集的物理量增多时，在不更换数据采集卡的情况下就需要将数据采集卡的模拟输入端口进行扩展，即端口复用。
本系统引入模拟多路复用器，采用时分复用的方法，将多路复用技术用在微动设备数据采集中，在同一数据通道上对不同物理量进行采集，达到了复用数据采集卡模拟输入端口的目的。
2 模拟多路复用器2．1 工作原理模拟多路复用器，又叫多路开关或多路选择器，用于选择地传输模拟信号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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勺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CMO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，典型值为一50dB。
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 CMO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斗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。
VD[>
CUT/I^
VEE
S CD4O51
11 LO 9
&
I I 1 I
ABC 】MH
3.双四路模拟开关CD4052
CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道, CD4052的引脚功能如下图所示。
由输
入地址码AB来决定。
vss
CO4Q52
10 9 «
A 日TCSH
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。
鑑
訝
bxblxtY
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。
、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100卩F的电容，
其中100卩F电容起电压保持作用。
由于VMOST的G极和S极之间的电阻极高，故 100卩F
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3.3卩F
电容充电，当充电电压超过 CMOS1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，100卩F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3.3卩F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0.47卩F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。
CD4O17 . BN
Cr
Y3 Y4
V吃4
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、
2〜16种
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 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
V 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Q （〜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 Q （〜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
和沖RLL
I F _ 3lc
JNJi
VS& QD4O67
4k
虽。