cd集成多路模拟开关的应用技巧
cd4051的原理
cd4051的原理
CD4051是一种广泛使用的模拟多路开关，主要用于模拟信号的多路选择和切换。它由CD4046、CD4051和CD4016组成。它具有低通道串扰、低片间串扰和低电路电容的特点，可提供高精度和稳定的模拟信号切换。以下是对CD4051原理的详细解释。
CD4051是一种CMOS逻辑级的模拟多路开关，它具有8个通道，可以通过选择信号来切换所需的通道。它的引脚配置如下：
1.通道选择引脚（S0、S1、S2）：这3个引脚用来选择需要连接的通道。通道选择是通过二进制编码来实现的，通过不同的S0、S1和S2的组合，可以选择8个不同的通道。
2.使能引脚（E）：这个引脚用来使能或禁用CD4051、当E为高电平时，CD4051工作；当E为低电平时，CD4051处于关闭状态。
3.输出引脚（Y0-Y7）：这些引脚用于输出所选择通道的模拟信号。
CD4051的原理基于电压分压和开关电容。它内部有一系列的电压分压器和开关电容，通过S0、S1和S2的选择信号，连接所需的电压分压器和开关电容。在给定通道的情况下，CD4051将所选通道的输入信号与内部的电压分压器和开关电容连接起来，然后将分压和开关结果输出到相应的输出引脚。
当选择不同通道时，CD4051会自动切换所需的电压分压器和开关电容，以保证输出的模拟信号的准确性和稳定性。对于其他未选中的通道，CD4051将断开它们与模拟信号的连接，以避免信号串扰和混叠。
CD4051的工作电压范围为3V至18V，具有很低的静电功耗和高噪声抑制能力。它可以与其他CMOS逻辑电路和微处理器接口，并且具有快速的响应时间和较高的带宽。
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。
集成模拟开关切换电路
视频输入1
箝位电路
低输出阻抗缓冲 集成模拟 开关 高输入 阻抗缓 冲电路 负反馈放 大器
视频输入 n
视频 7 5 输 输出 出匹配
…
…
箝位电路
低输出阻抗缓冲
…
控制输入来自单片机
图 5-31 集成模拟开关切换电路的方框图
•
除了上面介绍的4000系列集成模拟开 关外， 还有一种74HC系列集成模拟开关。 典型的产品有74HC4051、 74HC4053等。 这 些产品的电气性能与4000系列集成模拟开 但所用电源电压比较低(5 V)， 可传输更高频率的信号(100 MHz)， 导通电 (5～10 Ω)，但价格较高， 当隔 离度要求高时可以采用。 74HC系列集成模 拟开关从控制信号输入至模拟开关接通或断 开的延迟时间只有65 ns左右， 常用作电视 信号行内信号切换， 如在行图像信号上叠 加行同步信号和行消隐信号。
• •
2) 集成模拟开关切换电路 常用的集成模拟开关有4000系列 的CD4051、 CD4067、 CD4053等。 这些 集成模拟开关的电气性能都是一样的， 只是开关的组合形式不同而已。 这些集 成模拟开关以其寿命长、 功耗低、 体积 小、 无抖动等优点在视频切换电路中取 代继电器。
•
图5-31是集成模拟开关切换电路的 方框图。 进入切换电路的视频信号来自 不同的设备， 有的直接从摄像机送来， 有的从光接收器、 电缆补偿器送来， 直 流电平往往相差较大， 因此先用箝位电 路将视频信号箝位于电源电压的一半左 右， 这样， 导通电阻随输入电压变化较 小。 箝位电路要求后级的输入阻抗要高， 而模拟开关要求前级电路的输出阻抗要 低， 所以在箝位电路和模拟开关之间应 加入射极跟随器。
模拟开关使用指南-使用模拟开关必读
低电压高性能系统中的模拟开关
过去二十年里，单片集成 CMOS 模拟开关一直是切换（路由）和开关模拟信号的首选器 件。这种开关由一个 P 沟道和一个 N 沟道 MOSFET 并联而成，门极（栅极）受外部驱动电路 控制，构成一个寄生参数小、可双向导通的低电阻开关器件。在过去几年中，单片集成 CMOS 模拟开关的性能得到稳步提高，新一代的开关以其前所未有的高性能令设计人员振奋。
2/9
低电压高性能系统中的模拟开关
决定负载电阻的取值大小，那么音频电路选取 10KΩ、视频电路选取 1KΩ的负载电阻比较合 适。
GAIN= RLOAD/（RON +RLOAD） （此处，增益总是小于 1） 简化的交流模型：
图 3 是模拟开关简化的交流模型，为了便于设计时综合考虑，故意忽略了如泄漏电流、 电荷注入等各种直流参数对开关性能的影响。（然而，注入电荷在某些应用场合很重要）
当然，限制输入信号的摆幅可以部分改善其性能，但不能从根本上解决问题。这是由于 负载电阻固定不变，导通电阻的变化会使增益随信号电平的改变而变化。这种调制效应会直 接引起音频谐波失真或产生视频差分增益误差。
IC资料-CD4051_4052_4053多路选择模拟开关
-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
多路开关CD4051
其真值表如下所示：
使用CD4051的四点要求:
• 1、使用单电源时，CD4051的VEE可以和GND相 连。其中VEE可以接负电压，也可以接地。当输 入电压有负值时，VEE（负电压供电）必须接负 电压，其他时候可以接地。
• 2、A，B，C三路片选端要加上拉电阻。
• 3、CD4051的公共输出端不要加滤波电容（并联 到地），否则不同通道转换后的电压经电容冲放 电后会引起极大的误差。
0
1
1
1
1
1
0
1
1
27
0
1
1
1
1
1
1
0
0
28
0
1
1
1
1
1
1
0
1
29
0
1
1
1
1
1
1
0
1
30
0
1
1
1
1
1
1
1
1
31
• 通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口 的选择(0—7、8—15、16—23、24—31)。如选 择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000— 10111）通道口。
S1 OUT INH
CD4051 C B
S8
A
{
.模拟输出
.... OUT INH
模拟开关集成电路
CD4051引脚功能图
CD4051通道选择真值表
INH 0 0 0 0 0 0 0 0
1
输入状态
C
B
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
接通通道 A
0
“0”
1
“1”
0
“2”
1
“3”
0
“4”
1
“5”
0
“6”
1
“7”
均不接通
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，由输入 地址码AB来决 定。
四双向模拟开关CD4066
CD4066的每个封装内部有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，导通电 阻为几十欧姆；当控制端加低电平时开关 截止呈现很高的阻抗，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。
CD4066引脚功能图
单八路模拟开关CD4051
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。
多路开关CD4051
1
1 1 1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1 1 1
1
0 0 0 0 0 0 0
0
1 1 1 1 1 1 1
0
0 0 0 0 0 0 0
0
1 1 1 1 1 1 1
1
0 0 0 0 1 1 1
ห้องสมุดไป่ตู้
1
0 0 1 1 0 0 1
1
0 1 0 1 0 1 0
7
8 9 10 11 12 13 14
1
1
0
1
0
模拟输入 （9 ~ 16）
题目：试用CD4051设计一个32路模拟开关 电路,要求画出电路图并说明其工作原理？
• 思路：因为CD4051只有八个输入接口， 所以要构建32路的多路开关需要用到4 个CD4051。 • 32路的多路开关应有5个控制口， 其中前三个是CD4051的输入口，后两 个是控制口。（因为CD4051就有三个 输入口） • 分别标为D1、D2、D3、D4、D5 （00000—11111，00000第0通道、 11111第31通道）。
{
{ I N/ OU T 6
4
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
VDD
2 1
I N/ OU T
其真值表如下所示：
使用CD4051的四点要求:
cd4053工作原理
cd4053工作原理
CD4053工作原理
简介
CD4053是一种常见的模拟开关集成电路，它可以将多个模拟信号
切换到一个输出端，或将一个模拟信号切换到多个输出端。本文将从
浅入深地介绍CD4053的工作原理。
工作模式
CD4053有多个工作模式，包括单极性开关模式、双极性开关模式
和传导模式。下面将逐一介绍每种模式的工作原理。
单极性开关模式
在单极性开关模式下，CD4053将一个信号切换到多个输出端。这
是通过控制开关引脚的电平来实现的。当控制引脚为逻辑高电平时，
开关将对应的输入引脚连接到输出引脚。当控制引脚为逻辑低电平时，开关将断开输入引脚和输出引脚之间的连接。
双极性开关模式
双极性开关模式下，CD4053可以实现双向信号的切换。该模式下
有两个控制引脚。当一个控制引脚为逻辑高电平，另一个为逻辑低电
平时，开关将切换到正向通道，将一个信号从输入引脚导向输出引脚。
当两个控制引脚同时为逻辑低电平或同时为逻辑高电平时，开关将切
换到反向通道，将信号从输出引脚导向输入引脚。
传导模式
传导模式是CD4053的第三种工作模式，它可以将输入引脚直接连接到输出引脚，实现信号的传导。在传导模式下，两个控制引脚必须
同时为逻辑高电平。
原理图解析
CD4053的工作原理可以通过其原理图来解析。以下是CD4053的
典型原理图，我们将逐步解释其中的每个部分。
1.输入引脚（IN1, IN2, IN3）
–这些引脚用于输入信号，可以连接到外部信号源。
–当控制引脚对应的开关打开时，输入引脚与输出引脚相连，将信号传输至输出端。
2.输出引脚（OUT1, OUT2, OUT3）
cd4052工作原理
cd4052工作原理
CD4052是一种模拟多路开关集成功能的器件，由多个开关单
元组成。它的工作原理如下：
1. CD4052内部包含两个独立的开关矩阵，分别称为A和B。
每个矩阵都由4个开关单元组成，共有8个开关单元。
2. CD4052有3个引脚，分别是A、B和Z。引脚A和B用于
选择要连接到开关单元中的信号线，引脚Z用于输出选中的
信号。
3. 引脚A和B可以用二进制编码来选择要连接的信号线。例如，当A和B同时为低电平时，选择的是开关单元1；当A
为低电平，B为高电平时，选择的是开关单元2，以此类推。
4. 当选择好要连接的信号线后，开关单元会将选中的信号传递到引脚Z上。当选中的开关单元的控制引脚为高电平时，开
关打开，信号可以从A或B引脚传输到Z引脚；当控制引脚
为低电平时，开关关闭，信号无法传输到Z引脚。
5. CD4052还有使能引脚，用于控制整个CD4052的工作状态。当使能引脚为低电平时，CD4052的功能处于正常工作状态；
当使能引脚为高电平时，CD4052的所有开关都关闭，无法进
行信号传输。
综上所述，CD4052是一种基于引脚控制的模拟多路开关，通
过控制引脚A和B的电平以及使能引脚，可以实现不同信号线的连接与断开。
cd4051工作原理
cd4051工作原理
CD4051是一种多路模拟开关IC，它具有广泛的应用。本文将探讨CD4051的工作原理及其在电子领域中的应用。
CD4051的工作原理是基于模拟开关技术。它有8个模拟开关通道，可以实现8:1的模拟多路复用。在工作时，CD4051的控制引脚（S0、S1、S2）用于选择要连接的通道。通过控制这些引脚的电平，可以选择不同的通道进行连接。CD4051还有一些其他引脚，如VCC、GND、INHIBIT和COM，用于供电和控制。
CD4051的输入引脚（IN0-IN7）用于接收模拟信号，输出引脚（OUT）用于输出所选通道的模拟信号。当控制引脚选择了某个通道时，该通道的输入信号就会传递到输出引脚上。
CD4051的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。假设有8个传感器，每个传感器测量一种不同的物理量。通过CD4051，我们可以选择任意一个传感器的输出信号进行处理，而无需使用多个模拟输入引脚。
在实际应用中，CD4051广泛应用于模拟信号的选择、多通道数据采集、模拟信号开关以及模拟信号的切换等领域。例如，它可以用于音频和视频信号的选择，实现多路音频和视频信号的切换，以满足不同场景下的需求。
CD4051还可以用于电压、电流和温度等传感器的多路选择。它可以将多个传感器的输出信号连接到一个模拟转换器中，通过一个模拟输入引脚进行选择，从而减少了引脚的使用数量，简化了电路设计。
CD4051还可以与微控制器或其他数字电路相结合，实现数字信号与模拟信号的转换。例如，当需要将数字信号转换为模拟信号时，可以使用CD4051将数字信号输入到模拟转换器中，然后将模拟转换器的输出连接到需要的模拟电路中。
cd4053
cd4053
CD4053是一种集成电路，属于模拟多路复用器与开关，这种器件在电子设备中具有广泛的应用。本文将介绍CD4053的功能、工作原理、应用场景以及与其他类似器件的比较。
CD4053是一款16引脚的CMOS集成电路，由Harris（后来被Intersil收购）公司研发并生产。它由三个独立的双二选一多路复用器组成，每个多路复用器有两个独立的输入端和一个公共输出端。它还具有内部的线路保护功能，可以防止电源偏移和静电击穿等电路故障。
CD4053的功能非常强大，它可以用于模拟信号的多路复用、信号的开关以及多种电路之间的连接。它可以通过控制端的逻辑电平来选择输入信号通向输出端的路径，从而实现不同的功能。此外，CD4053还具有较大的输入电流范围和较小的电流漏流，使其适用于各种低功耗电路设计。
CD4053的工作原理比较简单，它使用CMOS技术来实现信号通路的控制。在多路复用模式下，通过对控制端施加不同的逻辑电平，可以选择不同的输入信号通向输出端。在开关模式下，通过控制端的逻辑电平来打开或关闭信号路径。由于CD4053采用了CMOS 技术，它的功耗相对较低，能够在宽范围的工作电压下运行。
CD4053在电子设备中有着广泛的应用。首先，它可以用作模拟信号的多路复用器。在一些需要从多个信号源中选择一个信号进行处理或显示的应用中，CD4053可以非常方便地实现信号的切换与选择。例如，在音频设备中，CD4053可以用于选择不同的输入音频信号，以便进行混音或音频切换。
其次，CD4053也可以用作数字信号开关。在数字电路中，有时需要根据控制信号来打开或关闭信号通路。CD4053可以很好地完成这一任务，通过对控制端施加逻辑电平，可以控制不同的数字信号通向输出端。这在计算机总线系统、数字信号处理等应用中特别有用。
cd4053工作原理
cd4053工作原理
CD4053是一种常用的集成电路芯片，它可以实现模拟信号的多路复用和解复用功能。本文将详细介绍CD4053的工作原理及其应用。
CD4053是一种集成电路开关，其内部包含三个独立的双二极管开关。每个开关都有一个控制引脚，通过控制引脚的高低电平来控制开关的通断状态。当控制引脚为高电平时，开关闭合，模拟信号可以通过开关传输；当控制引脚为低电平时，开关断开，模拟信号无法通过开关传输。
CD4053的工作原理可以分为两个方面来说明。首先是控制信号的作用。CD4053的控制引脚可以接受来自其他电路的控制信号，通过这些控制信号的高低电平来控制开关的通断状态。这样就可以实现多路复用和解复用功能。例如，当控制引脚A为高电平，控制引脚B和C为低电平时，开关S1闭合，模拟信号可以从引脚Y1传输到引脚Z1，实现了多路复用功能。当控制引脚A为低电平，控制引脚B为高电平，控制引脚C为低电平时，开关S2闭合，模拟信号可以从引脚Y2传输到引脚Z2，实现了解复用功能。
其次是CD4053内部的结构。CD4053内部包含三个独立的开关，每个开关都有一个控制引脚和两个信号引脚。这些开关由二极管和场效应晶体管组成。当控制引脚为高电平时，二极管导通，场效应晶体管闭合，信号可以通过开关传输。当控制引脚为低电平时，二
极管截止，场效应晶体管断开，信号无法通过开关传输。
CD4053的应用非常广泛。它可以用于模拟信号的选择、开关和路由等应用场景。例如，在音频系统中，可以使用CD4053来实现声音的选择和混音功能。在电视机中，可以使用CD4053来实现不同信号源的切换和选择。在通信系统中，可以使用CD4053来实现信号的分配和选择。此外，CD4053还可以用于数据采集、仪器仪表和自动控制等领域。
集成模拟多路开关(共10张PPT)
INH
低电平有效。 更多的通道，可参考这种组合方法来实现，例如用2片CD4067给成32选一应用系统。
越严重。
EN为允许端，高电平有效。
实现这种设计，常采用集成摸拟多路开关来实现。
图6-28为利用单片AD7506组成的16选1系统。
图6-24 单端16通道模拟开关
6.4.2.3 差动4通道
• AD7502是差动4通道多路模拟开关，其主要特性参数与AD7501基本
图CD64-20897单同通类道产相1品6选有同一C应C，4用09系但7B统，是称为在双选8选1通模拟地开关址。 相同情况下，有两路通道同时选通，其真值
采样/保持、A/D转换（有时也可将某些放大器共用）。
• 实现这种设计，常采用集成摸拟多路开关来实现。此外，程控增益 放大器也常用多路开关。
多路开关的主要指标
1. 通道数量 通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度 有直接影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越 大，通道间的干扰也越严重。
集成模拟多路开关
6.4.1 概述
• 在数字化测量技术和微型计算机或带微处理器的测控系统中， 常需要有多路参数的数据采集、巡回检测和控制。这类系统或 装置可对几十点甚至上千点的参数进行自动的、按顺序的测量、 显示或控制。若每一路都采用各自的放大器、采样/保持、A/D
转换等环节，不仅使系统的成本增加，而且由于各组件特性的分散 性给校准带来极大的困难，甚至为不可能。因此，通常采用公用的
模拟开关CD4051的应用要点
模拟开关CD4051的应用要点
1、使用单电源时，CD4051的VEE可以和GND相连。
2、强烈建议A，B，C三路片选端要加上拉电阻。
3、CD4051的公共输出端不要加滤波电容（并联到地），否则不同通道转换后的电压经电容冲放电后会引起极大的误差。
4、禁止输出端（INH）为高电平时，所有输出切断，所以在应用时此端接地。作音频信号切换时，最好在输入输出端串入隔直电容。
开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。CMOS 模拟开关是一种可控开关，它不像继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号，CD4051是最常用的模拟开关。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。其真值表见图1。“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。
图1 CD4051真值表
CD4051导通电阻小，CD4051在常温下的导通电阻为几百欧姆.供电电压范围较宽，速度相对较快，控制简单，适合作为量程转换模块中选择放大反馈回路的开关。但是，多路模拟开关也有其不利的地方。其导通电阻不恒定，随电源电压的增大而减小；控制信号电平也随电源电压增大而增大，在使用时需根据现场实际情况综合考虑，添加必要的外围电路，保证其工作正常。在电源电压的选择上要结合实际需要，适当增大。
cd集成多路模拟开关的应用技巧
集成多路模拟开关的应用技巧（cd4051）
集成多路模拟开关的应用技巧
摘要：从应用的角度出发，研究了集成多路模拟开关的应用技巧，并结合实例进行了讨论。这些应用技巧具有较强的针对性和可操作性，对集成多路模拟开关的正确选择与合理使用具有指导意义。
关键词：集成多路模拟开关传输精度传输速度
集成多路模拟开关（以下简称多路开关）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严谨和可靠性重要影响。关于多路开关的应用
技术,些文献上介绍有两点不足：一是对器件自身介绍较多，而对器件与相关电路的合理搭配与协调介绍较少；二是原则性的东西介绍较多，而操作性的东西介绍较少。研究表明：只有正确选择多路开关的种类，注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调，保证各电路单元有合适的工作状态，才能充分发挥多路开关的性能，甚至弥补某性能指标的欠缺，收到预期的效果。本文从应用的角度出发，研究多路开关的应用技巧。目前市场上的多路开关以CMOS 电路为主,故以下的讨论除特别说明外，均针对这类产品。
1 “先断后通”与“先通后断”的选择
目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通” （Break-Before-Make ）。
在自动数据采集中，应选用“先断后通”的多路开关。否则,就会发生两个通道短接的现象，严重时会损坏信号源或多路开关自身。
然而,在程控增益放大器中，若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻，以改变放大器的增益,就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则，放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高，易破坏电路的正常工作，甚至损坏元器件，一般应予避免。
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集成多路模拟开关的应用技巧(cd4051)
集成多路模拟开关的应用技巧
摘要：从应用的角度出发,研究了集成多路模拟开关的应用技巧,并结合实例进行了讨论。这些应用技巧具有较强的针对性和可操作性,对集成多路模拟开关的正确选择与合理使用具有指导意义。
关键词：集成多路模拟开关传输精度传输速度
集成多路模拟开关（以下简称多路开关）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严谨和可靠性重要影响。关于多路开关的应用技术,些文献上介绍有两点不足：一是对器件自身介绍较多,而对器件与相关电路的合理搭配与协调介绍较少;二是原则性的东西介绍较多,
而操作性的东西介绍较少。研究表明：只有正确选择多路开关的种类,注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调,保证各电路单元有合适的工作状态,才能充
分发挥多路开关的性能,甚至弥补某性能指标的欠缺,收到预期的效果。本文从应用的角度出发,研究多路开关的应用技巧。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主,故以下的讨论除特别说明外,均针对这类产品。
1 “先断后通”与“先通后断”的选择
目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通”（Break-Before-Make）。在自动数据采集中,应选用“先断后通”的多路开关。否则,就会发生两个通道短接的现象,严重时会损坏信号源或多路开关自身。
然而,在程控增益放大器中,若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻,以改变放大器的增益,就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则,放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高,易破坏电路的正常工作,甚至损坏元器件,一般应予避免。
2 选择合适的传输信号输入方式
分别适用于不同的场合。,传输信号一般有单端输入和差动输入两种方式
单端输入方式如图1所示,即把所有信号源一端接同一信号地,信号地与ADC等的模拟地相接,各信号源的另一端分别接多路开关。图中Vs为传输信号,Vc为系统中的共模干扰信号。
图1（a）接法的优点是无需减少一半通道数,也可保证系统的共模抑制能力;缺
点是仅适用于所有传输信号均参考一个公共电位,且各信号源均置于同样的噪声环境下,否则会引入附加的差模干扰。
图1（b）接法适用于所有传输信号相对于系统模拟公共地的测量,且信号电平明显大于系统中的共模干扰。其优点是可得到最多的通道数,缺点是系统基本失去了共模抑制能力。
差动输入方式如图2所示,即把所有信号源的两端分别接至多路开关的输入端。其优点是抗共模干扰的能力强,缺点是实际通道数只有单端输入方式的一半。当传输信号的信噪比较低时,必须使用差动输入方式。
3 减小导通电阻的影响
多路开关的导通电阻RON（一般为数10Ω至1kΩ左右）比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级）大得多,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,而且RON通道随电源电压高低、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。实践中一般是设法减小RON来降低其影响。以CD4051为例,测试发现[1]：CD4051的RON随电源电压和输入模拟电压的变化而变化。当VDD=5V、VEE=0V时,RON=280Ω,且随V1的变化突变;当VDD>10V、VEE=0V时,RON=100Ω,且随V1的变化缓变。可见,适当提高CD4051的VDD有利于减小RON的影响。必须注意：提高VDD的同时,应相应提高选通控制端A、B、C的输入逻辑电平。例如：取VDD=12V(VEE=0V),可采用电源电压上拉箝位的方法,上拉电阻的阻值取1.5kΩ以上,使选通控制端信号的有效高电平不低于6V。这样,既保证CD4051理想导通（RON小,又实现了CMOS电平与TTL电平电平）。TTL
一般为Pμ的转换（．
可见,根据具体情况,适当提高多路开关的电源电压,是降低其RON影响的一种有效措施。此外,适当提高电源电压,还可以同时减小导通电阻路差ΔRON和加快开关速度。
4 消除抖动引起的误差
和机械开关类似,多路开关在通道切换时也存在抖动过程,会出现瞬变现象。若此时采集多路开关的输出信号,就可能引入很大的误差。例如[2]：某计算机自动数据采集与处理系统采集三个模拟量：水泵转速、流量、压力。三个模拟量对应的TTL电平分别为：1.5454V,1.5698V、2.9394V。采集系统从通道1、2、3分别对这三个模拟量连续采集10次,采集结果位于1.8554～1.8603、1.5625～1.5673、1.62207～1.62695之间,其中1、3、通道的误差很大。研究发现,这种误差是由于系统在多路开关通断切换未稳定下来就采集数据造成的。
消除抖动的常用方法有两种：一是用硬件电路来实现（硬件方法）,即用RC滤波器除抖动;另一种是用软件延时的方法来解决（软件方法）。在有μP的系统中,软件方法较硬件方法更显优势。如上例中,只要在原QuickBASIC数据采集程序加入一循环语句来适当延时,则采集结果位于1.5454～1.5478、1.5698～1.5722、2.9394～2.9418之间,采集精度明显提高,采集结果正常。
5 提高切换速度
多路开关的切换速度与其自身的结构、工作条件以及外电路的情况都有关系。在实践中应注意以下几点：
当[3],为例CD4051的升高而减小。以VDD均随tpd所有的多路开关的平均传输延迟时间．
VDD=5V时,tpd=720ns;当VDD=10V时,tpd=320ns;当VDD=15V时,tpd=240ns。可
见,适当提高多路开关的电源电压,可加快其开关速度。
传输信号的信号源内阻Rs对多路开关的切换时间有重要影响。分析表明：在其它条件不变的情况下,切换时间近似与Rs成正比,即Rs越小,开关的动作就越快。所以,对高内阻的信号源（一些传感器就是如此）,宜用阻抗变换器（如电阻跟随器）,将阻抗变低后再接入多路开关。此外,减小Rs还可同时减小多路开关的关断漏电流造成的误差。
当系统需要的信号通道数较多时,宜采用图3所示的两级联接方式。在图3 中,
假设系统共
,4组将这32个通道分成需要32个信号通道,各组分别接至4个二级开关,信号由二级开关输出。设每个开关的输出电容为C0,则输出总电容由32Co至大约12Co,电路的时间常数减小,开关速度提高。此外,这种联接方式还可以使多路开关的总关断漏电流由31Iz降至大约10Iz（设每个开关的关断漏电流为Iz）,从而减小关断漏电流造成的误差。对上述两种作用,通道数越多效果越显着。当然,这种联接方式需要的开关数相对多些,选通控制也相对复杂些,因而主要用于信号通道数较多的场合。
目前市场上的多路开关以RCA、AD、SILICONIX、MOTOROLA、MAXIN等公司的产品多见,种类繁多,性能、价格差异较大（详见有关公司的相关产品数据手册）。选择和使用多路开关时,考虑的重点是满足系统对信号传输精度和传输速度的要求,同时还必须注意以下两点：
第一,全面了解多路开关的特性,否则可能出现难以预料的问题。例如：CMOS多路开关在电源切断时是断开的,而结型FET多路开关在电源切断时是接通的。若未注意到这一点,就可能因电源的通断而损坏有关芯片。
第二,多路开关只有与相关电路合理搭配,协调工作,才能充分发挥其性能,甚至弥补某些性能的欠缺。否则,片面追求多路开关的高性能,忽略与相关电路的搭配与协调,不但会造成成而且往往收不到预期的效果。,本与性能指标的浪费．