模拟开关的关键技术特性和应用实例分析
开关的原理和应用实例分析
开关的原理和应用实例分析1. 开关的基本原理开关是一种用于控制电路中通断的器件，其主要原理是通过改变电路中的导通状态来实现电路的打开和关闭。
开关通常由一个机械装置或半导体元件构成，其导通状态取决于外部信号的输入。
以下是开关的几种常见原理：1.1 机械开关机械开关是最基本的开关形式，通过机械装置实现通断。
常见的机械开关包括按钮开关、拨动开关和滑动开关等。
当机械开关处于导通状态时，电流可流过开关；当机械开关处于断开状态时，电流无法通过开关。
1.2 半导体开关半导体开关是利用半导体材料的导电性能来实现通断。
常见的半导体开关包括二极管、晶体管和场效应管等。
通过控制半导体开关的电压或电流，可以改变开关的导通状态。
2. 开关的应用实例开关作为一种常见的电子元件，在各个领域有广泛的应用。
以下是一些常见的开关应用实例：2.1 电路控制开关被广泛用于电路的控制，可以实现电路的打开和关闭。
例如，在家庭中，墙上的开关可以控制灯的开关状态；在电器中，电源开关可以控制电器的通电和断电。
2.2 电子设备开关在电子设备中扮演着重要的角色。
例如，计算机的电源按钮可以控制计算机的开关机；手机的开机键和音量键也是一种开关。
2.3 工业自动化在工业自动化领域，开关用于控制各种设备和机器的启停。
例如，在生产线上，通过开关可以控制机器的运行和停止，实现生产过程的自动化。
2.4 传感器控制开关可以用作传感器的控制器。
例如，当门窗打开时，磁簧开关可以检测到并发送信号，触发安防系统的警报。
2.5 电路保护开关也被用于电路的保护。
例如，过载保护开关可以在电路超载时自动断开电流，避免设备损坏。
3. 开关的选择和注意事项在选择和使用开关时，需要考虑以下几点：3.1 电流和电压要求根据电路的要求，选择合适的开关类型和额定电流、电压。
过高的电流或电压可能会导致开关损坏。
3.2 开关寿命不同类型的开关具有不同的寿命。
根据实际需求，选择具有足够寿命的开关，以确保长时间稳定运行。
模拟开关介绍与应用
模拟开关介绍与应用
模拟开关是一种电子元器件，用于控制电流的通断。
它与数字开关不同，模拟开关可以实现更细致的控制，能够在连续范围内调整电流的大小。
模拟开关在电子电路中起到了非常重要的作用，广泛应用于各个领域。
模拟开关有多种不同的类型，包括单极性开关和双极性开关。
单极性
开关只能在一端打开或关闭电路，而双极性开关可以在两个端口之间切换
电流的通断。
模拟开关的控制信号通常是电压或电流，通过改变控制信号
的大小来控制开关的状态。
模拟开关的应用非常广泛。
一个常见的应用是在音频放大器中使用模
拟开关来调节音量。
通过调整模拟开关的电流，可以控制电路中音频信号
的放大程度，从而实现音量的调节。
模拟开关还可以用于电源管理系统中，通过调整开关状态来控制电源的输出电压。
此外，模拟开关还常用于图像
传感器中，用于控制像素的读取和存储。
模拟开关还可以应用于精确测量和控制系统中。
在自动化和控制领域，模拟开关可以用于调整工业设备的参数，如温度、压力和液位等。
通过改
变开关状态，可以控制这些参数在设定范围内的变化。
模拟开关也被广泛
应用于科学实验和仪器设备中，例如粒子物理实验中的粒子探测器和天文
观测中的望远镜。
总之，模拟开关是电子电路中一种重要的元器件，具有广泛的应用。
它能够实现电流的精确控制，在音频、通信、测量和控制等领域发挥着关
键作用。
随着技术的进步，模拟开关的性能和可靠性不断提高，为各个领
域的应用提供了更多可能性。
为什么要使用模拟开关
为什么要使用模拟开关模拟开关是一种电子元件，常用于控制电流的流通。
模拟开关可以模拟机械开关的功能，但具有更高的可靠性和精确度。
在很多电子设备中，模拟开关被广泛采用，它的重要性不容忽视。
本文将探讨为什么要使用模拟开关的原因。
一、精确控制电流模拟开关具有精确控制电流的能力。
它可以在微观尺度上调整电流的大小，使电流通过电路的部分或全部。
这种精确控制使得模拟开关成为许多应用的理想选择。
例如，当需要调整灯光的亮度时，模拟开关可以通过微调电流的大小来实现。
另外，在音频设备中，模拟开关使得可以精确控制音量的大小。
二、低功耗设计在电源供应有限的情况下，低功耗设计变得越来越重要。
模拟开关是一种低功耗的解决方案，可以有效减少能量的消耗。
它可以在开启和关闭的时候，将电流控制在最低可行范围内，避免不必要的能量浪费。
这种低功耗设计使得模拟开关在电池供电设备和移动应用中得到广泛应用，延长了设备的使用时间。
三、稳定性和寿命长模拟开关具有较高的稳定性和寿命。
由于采用了电子控制，模拟开关在开关操作的过程中几乎没有接触电阻或机械磨损，从而提高了其使用寿命。
此外，由于模拟开关精确控制电流，不会产生过大的电流冲击，进一步降低了元件的损坏风险。
这种稳定性和寿命长的特性使得模拟开关在高可靠性和持久性要求的应用中非常重要，例如航空航天领域。
四、便于集成和控制模拟开关具有较小的尺寸和便于集成的特点，使得它可以方便地嵌入到各种电子设备中。
同时，模拟开关也可以通过数字信号进行远程控制，使得用户可以灵活地控制电流的开启和关闭。
这种便于集成和控制的特性使得模拟开关在现代电子设备中得到了广泛应用，例如智能家居系统和工业自动化。
综上所述，模拟开关的应用在现代电子领域中非常广泛。
其精确控制电流、低功耗设计、稳定性和寿命长以及便于集成和控制的特点，使得它成为许多应用的理想选择。
无论是在家庭生活中还是在工业领域，模拟开关的运用都发挥着重要的作用。
未来，随着科技的不断发展，模拟开关将继续在各个领域中发挥重要作用，并带来更多的创新和便利。
模拟开关集成电路
THANKS
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最大额定值
指在任何条件下，模拟开关的性能参数都不应超过的最大值。
04
模拟开关集成电路的设计与优化
减小导通电阻
总结词
降低导通电阻有助于减小功耗和信号损失。
详细描述
导通电阻是模拟开关集成电路的重要参数之一，减小导通电阻可以有效降低功耗 和信号损失。通过优化材料、结构和工艺，可以减小导通电阻，提高电路性能。
在通信系统中的应用
通信信号选择
模拟开关集成电路可用于通信信号的选择和处理，如频分复用、时 分复用等。
通信信号路由
模拟开关集成电路能够实现通信信号的路由功能，将通信信号从一 个设备传输到另一个设备，如交换机、路由器等。
通信信号调制解调
通过模拟开关集成电路，可以对通信信号进行调制解调处理，如调 频、调相、解调等，以实现信号的传输和接收。
在传感器信号调理中的应用
传感器信号选择
模拟开关集成电路可用于传感器 信号的选择和处理，如温度传感 器、压力传感器、湿度传感器等。
传感器信号路由
模拟开关集成电路能够实现传感 器信号的路由功能，将传感器信 号传输到测量仪表或控制系统。
传感器信号调理
通过模拟开关集成电路，可以对 传感器信号进行调理，如放大、 滤波、偏置等，以改善信号质量 和消除噪声。
模拟开关集成电路
• 模拟开关集成电路概述 • 模拟开关集成电路的基本结构 • 模拟开关集成电路的主要参数 • 模拟开关集成电路的设计与优化 • 模拟开关集成电路的应用实例
01
模拟开关集成电路概述
定义与特点
定义
模拟开关集成电路是一种用于模拟信 号处理的集成电路，能够实现模拟信 号的切换、选择和传输等功能。
模拟多路开关
延迟时间； tOPEN：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。
3.3 多路开关集成芯片 1. 无译码器的多路开关
AD7510芯片:
USS 1
芯片中无译码器，四个通 GND 2 道开关都有各自的控制端。 A1 3
TL182C，AD7510，AD7511，AD7512，CD4066， TS12A44513，TS3A4741，TS3A24159，… …
RON < 0.3Ω
TS12A44513芯片
CD4066芯片
3.3 多路开关集成芯片
2. 有译码器的多路开关
AD7501（AD7503）
AD7501（AD7503） 芯片结构及引脚功能
双极性晶体管开关 场效应晶体管开关
➢ 结型 ➢ 绝缘栅型(MOS) 集成电路开关
C
C
B E
B E
NPN
PNP
双极型晶体管
多路开关：
3.1 概述
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) 集成电路开关
多路开关：
3.1 概述
ห้องสมุดไป่ตู้
电子多路开关根据结构可分为：
3.1 概述
多路开关：
PMOS和NMOS结合可以构成 CMOS(互补对称MOS：
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
Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor 互 补型金属氧化物半导体)
模拟开关实验报告
模拟开关实验报告实验目的：通过实验研究电路的开关原理，观察不同开关状态下电流和电压的变化。
实验器材：电路板、电源、电压表、电流表、导线、开关。
实验原理：开关是电路中常用的元件之一，可以控制电路的通断。
通常情况下，开关用于控制电流的流动，同时可以改变电路中的电压和电流。
实验步骤：1. 将实验所需的器材放置在实验台上，并按照电路图连接好各个元件。
2. 打开电源，调节电源电压为适当数值，注意不要超过所使用的元件的额定电压。
3. 使用电压表和电流表分别测量电路中的电压和电流，并记录下测量值。
4. 将开关的状态由断开变为闭合，观察电流和电压的变化，并记录下测量值。
5. 再将开关的状态由闭合变为断开，再次观察电流和电压的变化，并记录下测量值。
6. 根据记录的数据进行分析，得出结论。
实验结果和分析：在实验过程中，我们观察到开关的状态对电路中的电流和电压有着直接的影响。
当开关处于闭合状态时，电路中的电流可以通路流动，电压也能够正常传递。
而当开关处于断开状态时，电流无法经过断开的位置，电压传递也被中断。
根据实验测量的数据，我们可以看到当开关处于闭合状态时，电流表显示的数值较大，电流能够通过电路，在电流表上形成一个正值。
而当开关处于断开状态时，电流表显示的数值为零，电流无法通过电路，电流表上没有任何数值。
在测量电压方面，我们也得到了类似的结果。
当开关处于闭合状态时，电压表显示的数值与电源设定的电压相近，表示电压正常传递。
而当开关处于断开状态时，电压表显示的数值为零，电压无法通过电路，电压表上没有任何数值。
综上所述，开关在电路中起到了控制电路通断的作用。
通过打开或关闭开关，我们可以控制电流的流动和电压的传递，从而实现对电路的控制。
实验结果也验证了开关的可靠性和有效性。
实验结论：通过本次实验，我们对开关的原理有了更加深入的了解。
开关在电路中起到了控制电路通断的作用，可以控制电流的流动和电压的传递。
实验结果显示了开关不同状态下电流和电压的变化，实验结果令人满意。
常用CMOS模拟开关功能和原理（模拟开关，4051-53）
常用CMOS模拟开关功能和原理（模拟开关，4051-53）常用CMOS模拟开关功能和原理（模拟开关，4051-53）【字体：】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，它不象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。
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的引脚功能如图1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引脚功能见图2。
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。
其真值表见表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。
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。
表13.双四路模拟开关cd4052cd4052的引脚功能见图3。
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。
其真值表见表2。
表24.三组二路模拟开关cd4053cd4053的引脚功能见图4。
4路2选1模拟开关
4路2选1模拟开关在我们日常生活和工作中，电子设备的使用越来越普及，对于电子元器件的选择也显得愈发重要。
4路2选1模拟开关作为一种常见的电子元器件，以其小巧的体积、高效的性能赢得了市场的青睐。
本文将为您详细介绍4路2选1模拟开关的工作原理、应用场景、优势以及市场前景和选择建议。
一、简介4路2选1模拟开关，从名字就可以看出，它具有4个输入端口，2个输出端口。
这种开关的主要作用是在多个输入信号中选择两个进行输出。
它广泛应用于各种电子设备中，如音频、视频切换器、数据选择器等。
二、工作原理与操作方法4路2选1模拟开关的工作原理是利用电子元器件的导通与截止特性，实现对输入信号的选择与切换。
在使用过程中，用户可以通过控制开关的输入端来选择需要输出的信号。
操作方法很简单，首先，将需要切换的信号接入开关的输入端，然后通过控制器选择需要的输出信号。
这种开关通常具有手动和自动两种操作模式，手动模式下，用户可以直接操作开关选择输出信号；自动模式下，开关会根据预设的条件自动切换输出信号。
三、应用场景与优势4路2选1模拟开关在众多应用场景中，如音频切换、视频切换、信号处理等领域都有广泛的应用。
其优势主要体现在以下几点：1.小巧轻便：相比其他类型的开关，4路2选1模拟开关体积小、重量轻，便于安装和使用。
2.切换速度快：模拟开关的切换速度较快，能够满足高频切换的需求。
3.可靠性高：采用高品质元器件制造，具有较高的稳定性和可靠性。
4.易于控制：操作简单，可通过控制器方便地实现信号切换。
四、市场前景与选择建议随着科技的不断发展，对电子元器件的需求越来越大，4路2选1模拟开关市场前景十分广阔。
在选购时，建议关注以下几点：1.品牌：选择知名品牌，保证产品质量与售后服务。
2.参数：根据实际应用需求，选购合适参数的开关，如输入电压、输出电流等。
3.价格：合理的价格区间，避免过高或过低的价格。
4.口碑：了解其他用户的使用体验，参考口碑评价。
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。
单通道模拟开关芯片
单通道模拟开关芯片1. 介绍单通道模拟开关芯片是一种用于控制模拟信号通路的集成电路。
它可以实现模拟信号的开关、切换和放大等功能，广泛应用于通信、音频和视频等领域。
本文将对单通道模拟开关芯片的原理、特性和应用进行详细介绍。
2. 原理单通道模拟开关芯片由开关管和控制电路组成。
开关管负责控制模拟信号的通断，而控制电路则根据输入的控制信号来控制开关管的导通和截止。
当控制信号为高电平时，开关管导通；当控制信号为低电平时，开关管截止。
通过控制信号的变化，我们可以实现对模拟信号通路的开关和切换。
3. 特性3.1 低电压操作单通道模拟开关芯片通常采用低电压供电，工作电压通常在1.8V至5V之间。
这使得它在低功耗应用中具有优势，同时也降低了系统的整体功耗。
3.2 低导通电阻开关管的导通电阻是衡量开关芯片性能的重要指标之一。
单通道模拟开关芯片通常具有低导通电阻，可以实现更好的信号传输效果。
3.3 高带宽单通道模拟开关芯片具有高带宽特性，能够实现对高频信号的快速切换和传输。
这使得它在音频和视频等高频应用中表现出色。
3.4 低串扰单通道模拟开关芯片能够有效降低信号通路之间的串扰效应，提供更清晰、稳定的信号传输。
3.5 保护功能单通道模拟开关芯片通常具有过压保护、过流保护和过温保护等功能，可以保护芯片和系统免受意外损坏。
4. 应用4.1 通信领域在通信领域，单通道模拟开关芯片常用于信号切换和选择。
例如，在手机中，它可以用于控制麦克风和扬声器之间的信号切换，实现通话和录音的功能。
4.2 音频领域在音频设备中，单通道模拟开关芯片可以用于音频信号的选择和放大。
例如，在音频放大器中，它可以用于选择输入信号源和控制音量大小。
4.3 视频领域在视频设备中，单通道模拟开关芯片可以用于视频信号的切换和放大。
例如，在视频监控系统中，它可以用于选择不同的摄像头信号源，并对信号进行放大和处理。
4.4 测试和测量领域在测试和测量领域，单通道模拟开关芯片常用于仪器设备中的信号切换和控制。
开关特性仿真实验报告
开关特性仿真实验报告实验目的：掌握开关特性仿真实验的基本方法，了解开关的基本特性参数及其对电路性能的影响。
实验仪器：- 电脑- 仿真软件（如Multisim、PSpice等）实验内容：1. 开关特性的定义：开关是一种用来控制电路开闭的装置，常见的开关有按键开关、切换开关、继电器等。
开关特性是描述开关方式在电路中的变化规律，主要包括导通状态和截断状态。
导通状态下，开关相当于一条导线；截断状态下，开关相当于一条断路。
2. 开关特性的参数：- ON电阻（RON）：导通状态下开关两个端口之间的电阻。
RON值越小，则导通状态时电流通过开关的电压降越小，效果越好。
- OFF电阻（ROFF）：截断状态下开关两个端口之间的电阻。
ROFF值越大，则截断状态时电流泄露的效果越好。
- 开关响应时间（tSW）：开关状态由导通到截断（或由截断到导通）所需的时间。
tSW值越小，则开关的响应速度越快。
- 开关容量（Isw）：开关能够承受的最大电流。
Isw值越大，则开关能够带动更大电流的负载。
3. 开关特性仿真实验步骤：此处以Multisim为例，介绍开关特性仿真实验的基本步骤。
步骤1：打开Multisim软件，创建新电路设计。
步骤2：选择电路图中的开关元件，放置到电路设计中。
可以根据需要选择合适的开关类型，如单刀单掷、单刀双掷等。
步骤3：连接其他所需的被测电路，如电源、负载等。
步骤4：设置开关元件的参数，如ON电阻、OFF电阻、开关容量等。
步骤5：设置仿真条件，如待测电压、待测电流、开关动作时间等。
步骤6：运行仿真，观察开关在不同状态下的电路行为，如导通状态下的电流通过情况，截断状态下的电流泄露情况等。
步骤7：根据仿真结果，分析开关的特性参数对电路性能的影响，如电流泄露是否满足要求，开关的响应速度是否符合设计要求等。
实验结果与讨论：根据仿真实验的结果，可以得出开关的特性参数对电路性能的影响。
通过调整ON电阻和OFF电阻的值，可以控制导通状态和截断状态下的电流情况。
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
CMOS模拟开关及其应用
CMOS模拟开关及其应用无线电86.12 彭定武CMOS（互补金属氧化物半导体）集成电路具有微功耗、使用电源电压范围宽和抗干扰能力强等特点。
其发展日新月异，应用范围十分广泛。
本文介绍的CMOS模拟开关集成电路，在音频和视频范围可以使增益控制数字化，和微处理器配合使用可以简化自动控制电路的设计。
下面就MOS场效应管及CMOS模拟开关作一介绍。
MOS场效应管的工作原理金属氧化物半导体场效应三极管是通过光刻或扩散的方法，在P型基片（衬底）上制作两个N型区，在N型区上通过铝层引出两个电极，即源极（S）和漏极（D）。
漏源两个扩散区之间的硅表面上生成一层绝缘的氧化膜（二氧化硅），在氧化膜上也制作一个铝电极，即为栅极（G），两个扩散区和P型衬底分别构成PN结。
如果把源极和衬底相连接，并在栅源极间加正电压UGS,就会在衬底表面形成一个导电的反型层，它把漏源两个N扩散区连接起来，成为可以导电的沟道，见图1（a）。
若在漏源之间也加正电压U DS，则源极与漏极之间将有漏电流I D流通，且I D随U DS的增加而增大。
我们把开始有漏电流产生时的电压叫做开启电压U T，把在P型衬底上形成的导电反型层的场效应管叫做N沟道增强型MOS场效应管。
其符号见图1（b）。
MOS场效应管的漏极特性曲线及漏极电流I D随栅极电压U GS变化的特性曲线如图2所示。
由以上分析，我们可以把MOS管的漏极D和源极S当作一个受栅极电压U GS 控制的开关使用，即当U GS＞U T时，漏极D与源极S之间导通，相当于一个开关接通，导通电阻约几百欧姆。
当U＜U T时漏极D与源极s之间不导通，没有电流流过，则如同开关断开一样。
同样，也可在N型基片上制作两个P型区，以形成P沟道增强型MOS管，见图3。
典型的P沟道增强型MOS管的特性曲线如图4所示。
比较图2和图4我们可以看出，P沟道和N沟道MOS管的特性曲线是相反的。
在了解了MOS管的基本工作原理和特性曲线以后，下面谈谈CMOS开关。
特殊应用模拟开关的优点以及应用
特殊应用模拟开关的优点以及应用
随着市场对功能丰富的手机需求越来越强劲，具有特殊应用性能的模拟开关得到了最终设计的持续青睐。
此举不仅能降低材料成本(BOM)，还有助于提升设计性能并满足对产品上市时间的要求。
本文将通过若干实际用例指导系统设计人员如何降低冲击噪声(popnoise)、检测充电器及改进眼同时，本文还通过比较传统方案与集成方案说明了手机市场向多媒体设计发展过程中采用这种高性能模拟产品所带来的好处。
降低冲击噪声
由浪涌电流引发的冲击噪声仍是设计人员所面临的艰巨挑战，特别是当最终用户启动音乐和通话功能之间的切换时。
只要最终用户开启了音乐功能，这种恼人的噪音就会给人带来不愉快的体验。
如目前市场上已有多种解决方案。
其中之一是增加额外的放大器使音频输出具有“0V”偏置，从而最小化紧邻耳机之前的交流耦合电容器的大小。
因为大多数耳机放大器被整合进了基带处理器或电源管理单元(PMU)，因此增加这种放大器不仅增加了材料成本，还加大了功耗。
这种开关很适合单个USB连接器(D+/D-引脚)被耳机和USB数据线共享的手机和MP3/MP4播放机采用。
低的总谐波失真(THD)对音频声道来说非常重要。
另外，由于开关被安放在交流耦合电容器之后，因此必须处理低THD下
很大的反向信号摆幅。
这种开关的超低关断电容允许高速USB信号借助该器
件进行“线或”连接。
而较低的寄生电容也是高速USB2.0标准的一致性测试的
关键。
特殊应用USB开关。
CMOS模拟开关的特性与典型应用
CMOS 模拟开关的特性与典型应用
一、前言：
早期的模拟开关大多工作于±20V 的电源电压，导通电阻为几百欧姆，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，它们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。
被广泛用于测试设备、通讯产品、PBX/PABX 设备以及多媒体系统等。
一些具有低导通电阻和低工作电压的模拟开关成为机械式继电器的理想替代品。
模拟开关的使用方法比较简单，但在具体应用中应根据实际用途做合理的选择。
本文主要介绍模拟开关的基本特性和几种特殊模拟开关的典型应用。
二、正确选择CMOS 开关：
1、导通电阻：传统模拟开关的结构如图1 所示，它由N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 并联构成，可使信号双向传输，如果将不同。
模拟开关
FP-08型模拟开关（断路器）试验箱一、概述FP-08型模拟开关（断路器）试验箱是在原型号的基础上加以改进，采用数字集成电路，单片机控制。
跳、合闸时间采用拨盘开关设定。
设置了三合三分功能，抗干忧性能强。
用它模拟断路器进行试验可大大减少断路器的跳合闸的次数，延长其寿命。
二、技术性能1.供电电源：AC220V±10% 50Hz2.动作电源：DC220V DC110V任选3.跳合闸阻抗：400Ω、200Ω、100Ω、50Ω4.合闸时间：50—200mS5.跳闸时间：20---160mS6.接点容量：30A/220V三、使用方法1.该试验箱可面板向上站立使用，也可面板向操作者平卧使用；全部接线和显示部分都集中于面板上。
2.将断路器的跳、合闸线圈的线对应接到试验箱上，把母线“—”接到试验箱的对应插孔上。
3.选择跳合闸线圈的阻抗值4.选择跳闸时间值5.选择合闸时间值6.闭合试验箱的电源开关，此时试验箱等待试验。
7.当有合闸信号被送到试验箱时，试验箱内部的继电器按照设定合闸时间动作。
此时试验箱合闸指示灯亮8.当有分闸信号被送到试验箱时，试验箱内部的继电器按照设定分闸时间动作。
此时试验箱分闸指示灯亮四、注意事项1.检查电源电压是否在模拟开关工作电压的范围内2.长期存放或长途运输时应轻取轻放，注意放潮六、设备配套1.FP-08型模拟断路器一台2.试验线一套3.说明书一份七、保修条件本试验箱自出厂之日起一年内，用户按说明书操作，若发生质量问题，我公司负责免费维修，若非质量问题损坏，我公司负责维修。
模拟开关
5
SDUT
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2. 场效应管开关
⑴ 结型场效应晶体管开关 开关电路如图3.3所示。 开关电路如图 所示。 所示
工作原理如下： 工作原理如下：
设选择第1路信号。 设选择第 路信号。 路信号
Ui1 R21 UC1 R 11 通道选择1 T1 Uo
Ui8 T8 则令通道控制信号UC1=1， 则令通道控制信号 ， 则开关控制管T 导通， 则开关控制管 1′导通，集电 R28 极为低电平，场效应管T 极为低电平，场效应管 1导 UC8 R18 通道选择8 T8 通，UO=Ui1 。 截止， 当UC1 =0时， T1′截止， 时 T1也截止，第1路输入信号被 也截止， 路输入信号被 图3.3 结型场效应管多路开关 切断。 切断。
表3.1 AD7501真值表 真值表
A2
0 0 0 0 1 1 1 1 ×
A1
0 0 1 1 0 0 1 1 ×
A0
0 1 0 1 0 1 0 1 ×
EN
1 1 1 1 1 1 1 1 0
导通
1 2 3 4 5 6 7 8 无
16
数据采集与处理
SDUT
3.3 多路开关集成芯片
AD7503 除EN 端的控制逻辑电平相 反外, 其它与AD7501相同。 相同。 反外, 其它与 相同 ⑵ AD7502
1
2
3
......
四-十六线译码器
计数
四位计数器
2
பைடு நூலகம்
3
2
2
2
1
20
图3.5 集成多路开关
如果要连续选通第1路到 如果要连续选通第 路到 路的信号， 路的信号 第3路的信号，可以在计数器 加入计数脉冲，每加入一次 加入计数脉冲， 脉冲，计数器加1， 脉冲，计数器加 ，状态依次 变为 0001，0010，0011。 ， ， 。
模拟开关(4066)介绍与应用
模拟开关(4066)介绍与应用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E A B10011100高阻状态01高阻状态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类别型号名称特点模拟开关CD4066四双向模拟开关四组独立开关，双向传输多路模拟开关CD40518选1模拟开关电平位移，双向传输，地址选择CD4052双4选1模拟开关电平位移，双向传输，地址选择CD4053三路2组双向模拟开关电平位移，双向传输，地址选择CD4067单16通道模拟开关电平位移，双向传输，地址选择CD4097双8通道电路模拟开关电平位移，双向传输，地址选择CD4529双四路或单八路模拟开关电平位移，双向传输，地址选择三、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。
模拟开关和多路复用器的性能与应用
模拟开关和多路复用器的性能与应用数据采集系统通常利用模拟开关和多路复用器将来自真实世界传感器和传感器子组件的信号路由到电路板上的电子信号调理和转换阶段。
我们试图将电路板布置得尽可能有效地从频繁边缘安装的连接器获取信号到处理电路。
但是，当我们在电路板的不同边缘有多个连接器的传感器时，我们可以烧掉整个PCB层，只需路由模拟信号和模拟地，以防止噪声消失。
与此相关的是我们可能还想与传感器阵列共享电路。
例如，我们可能希望监控和测量机器设计的几个位置的温度。
这将需要在设计周围散布许多温度传感器或热敏电阻。
由于我们的micro可能在任何时候只将一个模拟信号转换为数字信号，而不是复制信号调理，缩放，偏移和增益级，因此将许多信号切换或多路复用可能更具空间和成本效益。
单点指出A/D的条件和路线。
通过不使用多条冗余A/D线，这也可以节省引脚受限处理器上的I/O.本文介绍了模拟开关和多路复用器，这些模拟开关和多路复用器可供工程师在布线和将模拟信号传递到调理电路时在电路板上使用。
基础知识模拟开关，也称为双向开关，通常在矩阵配置中使用低“导通电阻”FET，一旦晶体管导通至完全饱和，电流就会流过预定义的路径（图1）。
您可以将模拟开关视为机械继电器，除了不使用干触点，硅结（PMOS和NMOS）以电子方式启用或禁用无机械运动部件的传导。
图1：隔离使能P和N MOSFET进入低导通电阻导通。
请注意由电源轨夹住的内部保护二极管。
因为晶体管是电子的，所以它们不是电子隔离的，因为它们在继电器中。
这意味着存在电压和电流限制，并且信号范围必须在模拟开关或多路复用器的正和可能的负电源轨内。
对于隔离的高功率或高压开关应用，模拟开关可能不是最佳选择。
但是，对于低电平模拟开关，易于使用且成本低廉的模拟开关和多路复用器可以提供很多好处。
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模拟开关的关键技术特性和应用实例分析
近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。
早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。
尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。
本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。
模拟开关的模拟特性
许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。
其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：
1. 导通电阻(R
on )随输入信号(V
IN
)变化而变化
图1a是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两
个对偶的N沟道MOSFET与P沟道MOSFET构成，可使信号双向传输，如果将不同V
IN
值所对
应的P沟道MOSFET与N沟道MOSFET的导通电阻并联，可得到图1b并联结构下R
on
随输入
电压(V
IN )的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R
on
随V
in
呈线性关系，将导致
插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。
此外，R
on
也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。
图1：a. 模拟开关原理图；b. 模拟开关导通电阻与输入电压关系
2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围
由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。
因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定的范围。
3. 注入电荷
应用机械开关我们当然希望R
on
越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。
然而对于模拟开
关而言，低R
on 并非适用于所有的应用，较低的R
on
需要占据较大的芯片面积，从而产生较
大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。
时间常数t=RC，充
具有更长的导通和电时间取决于负载电阻(R)和电容(C)，一般持续几十纳秒。
这说明低R
on
和注入电荷。
关断时间。
为此，选择模拟开关应该综合权衡R
on
4. 开关断开时仍会有感应信号漏出
这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。
通常信号的频率越高，信号泄漏的程度越严重。
5. 传输电流比较小
模拟开关不同于机械开关，它通常只能传输小电流，目前CMOS工艺的模拟开关允许连续传输的电流大多小于500mA。
6. 逻辑控制端驱动电流极小
机械开关逻辑控制端的驱动电流往往都是毫安级，有时单纯靠数字I/O很难驱动。
而模拟开关的逻辑控制端驱动电流极小，一般低于纳安级。
因此，它完全可以由数字I/O直接驱动，从而达到降低功耗、简化电路的目的。
模拟开关的开关特性
既然称之为模拟开关，自然它还具有开关性，具体表现如下：
1. 信号可双向传输
有些人习惯于把模拟开关的两个常开常闭端称之为输入端，公共端称之为输出端，其实这只是根据模拟开关的具体应用给予的临时定义。
模拟开关大多可以使信号双向传输，如果忽略这一点，就很容易使电路生成问题，比如将电压反向偏置、电流倒灌等。
2. 开关断开后漏电流极小
模拟开关在断开(OFF)时会呈现高阻状态，两传输端间的漏电流极小，一般只有纳安级以下，如SGM3001、SGM3002和SGM3005系列模拟开关，其断开后的漏电流均为1nA。
这么微弱的电流在应用中可忽略不计，模拟开关此时可被认为是理想断开的。
总之，模拟开关是具有开关功能的半导体器件，在应用过程中既要充分利用它的开关功能，又要考虑它的半导体特性，否则可能会出现意想不到的麻烦。
模拟开关应用实例分析
图2是一音响设备前端放大及信号选通部分电路，其中选用了SGM324(四通道运算放大器)和SGM3002(双通道模拟开关)。
图2：音响前端放大及信号选通电路
该方案设计本意是当Input=0时，Line_outL和Line_outR音频信号选通；当Input=1时，Phone_outL和 Phone_outR音频信号选通。
然而当实验机做出后，设计者发现当Input=1时，Line_outL和Line_outR通道有相当一部分信号分别漏到D1和D2端。
应用网络分析仪HP/Agilent 3589A测试SGM3002的关断隔离度，当输入信号为10kHz时，SGM3002的关断隔离度仅为-120dB，因此芯片应该没有问题。
事实上，该电路在模拟开关应用上存在下面两处错误：
1. 模拟开关的输入信号缺少一个直流偏置
图2中模拟开关部分电路可以等效成图3，本文第一部分曾经提到模拟开关输入信号输入不能为负。
图3：模拟开关等效电路
通常来讲，CMOS工艺的模拟开关输入信号最小只能到-0.3V，如果再低于这个值，芯片将不能正常工作，甚至会损坏。
图2中模拟开关输入信号没有直流偏置，所以输入信号有一部分处于负值区，模拟开关自然无法正常工作。
解决办法：将电容C2、C3均去掉，模拟开关输入信号便有了1/2VDC的直流偏置信号，此时模拟开关便可以轨到轨工作。
此外，由于模拟开关公共端后面加了电容，所以直流信号依然可以被有效地隔离。
2. 在D1和D2端缺少耦合电阻
当模拟开关在断开的情况下，其输入与输出端等效串联了一个电容C，如果再假设在模拟开关输出端到地之间有一个等效电阻R，则模拟开关在断开时的等效电路如图4所示。
图4：模拟开关断开时的等效电路
此时的模拟开关其实等效为一个RC滤波电路，由此不难得出以下公式：
其中，u
out 为模拟开关输出信号；u
in
为模拟开关输入信号；R为模拟开关输出端电阻负载；
C为模拟开关断开时等效电容；f为输入信号频率。
由于模拟开关等效电容C会设计成很小，所以当输入信号f处于音频区时，增益A由R和f同时决定。
当R取值较小时，f起主导作用，此时 A<<1，信号被有效隔离。
当R取值较大时，此时R起主导作用，此时A—>1，信号几乎被完全泄漏过来。
所以当输出端悬空时，其输出端与地之间电阻R—>+∞，此时模拟开关完全导通。
修正以上两个错误后，该音频应用电路便可以正常工作了。
由以上实例可以看出，充分理解模拟开关的基本概念是正确应用模拟开关的基础。
参考文献
1. 魏智：《CMOS模拟开关的选择与典型应用》Maxim公司，2004
2. Graham Ls Connolly：《在超便携应用中模拟开关的关键设计参数》飞兆半导体公司，2004
曹会宾
应用工程师
caohuibin@ 哈尔滨圣邦微电子有限公司。