集成模拟开关及其应用

集成模拟开关及其应用

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

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

CMOS 四路双向开关CD4066B

一般说明:

CD4066B是一个为模拟/数字信号的转换或多路复用设计的四路双向开关. 它和CD4016B 的引脚相兼容,但是拥有一个更低的导通电阻. 此外, 在整个输入信号范围内, 导通电阻是一个常量.

CD4066B包含四路独立控制的双向开关.一个开关中的P型MOSFET和n型MOSFET控制信号的导通和关断.. 如图1所示, 开关打开时,n型沟道电位取决于输入电压,开关关闭时,取决于

VSS. 这种结构消除了带输入信号的开关晶体管门限电压的变化,因此, 在整个作业信号范围内,要保持导通电阻为低.

与单信道开关相比,其优势包括输入信号峰值摆幅等于整个电源电压加上输入信号范围内导通阻抗常量. 然而,对于采样和保持的应用,推荐使用CD4016B.

特性:

15-V或±7.5-V 峰峰值切换

15V时,125Ω典型导通电阻

在15V信号输入范围内开关开态电阻变化不超过5Ω

导通电阻在整个峰峰值信号范围保持平坦

高开关频率: 80 Db 典型值为fis = 10 kHz, RL = 1 kΩ

高线性度:<0.5% 失真典型值为fis=1kHz,Vis=5V p-p,VDD–VSS≥10V,RL=10kΩ

超低关断漏电流，因此具有低偏置电流和高效关断电阻，典型漏电流：10 pA在VDD – VSS = 10 V, TA = 25°C

超高控制输入阻抗(控制电路与信号电路隔离): 典型值为1012 Ω

开关之间低串扰: 典型值为–50 dB在fis = 8 MHz, RL = 1 kΩ

控制输入到信号输出间具有匹配电容: 以减少输出信号的瞬态响应

频率响应，开关导通=40 MHz（典型值）

在20 V时，100%测试静态电流

5-V, 10-V, 和15-V参数额定值

适合于所有的JEDEC第13B号实验标准要求，特别是B系列CMOS器件的种类

应用:

- 模拟信号开关/多路复用器:门控信号,调节器,噪声抑制电路,解调器,断路器,整流开关

- 数字信号开关/多路复用器

- 传输-门逻辑的实现

- 模拟-数字和数字-模拟转换

- 频率,电阻,相位,模拟信号增益的数字式控制

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。当模拟开关控制端为高电平时，模拟开关导通，电容Ｃ被充电至Ｕi，这个过程叫做输人信号的采样。当采样结束时，使模拟开关控制端为低电平，模拟开关断开。由于模拟开关断开时的电阻高达100M以上，且运放Ａ2的输人阻抗也极高，故电容Ｃ上可以保持采样信号。

2．四路信号交替显示装置

一般的单线示波器只能显示一路连续信号，如果使用该装置，便能够用单线示波器同时显示出四路连续信号，在需要对不同信号的时间关系进行比较时，是十分方便的。

图三四路信号

交替显示装置电路图

图三是该装置的电路图，

它采用CD4017计数器和

振荡器组成四节拍电路，

控制两个CD4066内的４

对模拟开关，使其依次导

通。在每一对模拟开关上，

分别加有可调直流电平和

一路输人信号，当模拟开

关的选通端为高电平1

时，模拟开关导通，直流

电平和输人信号则经运算

放大器反相求和后送到示

波器的Ｙ轴输人端。由于四路信号对应不同的直流电平，所以在示波器上能将四路信号上下分开。虽然四对模拟开关是受计数器的Q0、Q1、Q2、Q3输出端控制的，它们依次一个个地导通或截止，但由于振荡器的振荡频率较高，使人眼感觉不到波形的闪烁。