模拟开关的认识与应用

一。模拟开关

1.定义
模拟开关，英文名Analog switches；主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开；由于其功能类似于开关，而用模拟器件的特性实现，称为模拟开关。

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。

模拟开关有时候也被称为固态继电器，它与数字开关不同。当模拟开关集成芯片（IC）开启时，会将模拟和数字信号从输入引脚传导到输出引脚，而且无论信号的传播方向如何，它们都可以传输模拟信号和数字信号。而数字开关只能接受数字信号，并在输出引脚上复制输入引脚上的逻辑电平。当模拟开关关闭时，模拟开关还可在其端子处隔离设备，而数字开关关闭时，它将返回默认逻辑状态。

工作原理：
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

2.分类
由于采用了MOS管的开断性能，模拟开关回路可以实现较高的关断阻抗，一般是兆欧姆以上的关断阻抗；和很低的导通阻抗，一般为几个欧姆级别，因此可以很好的实现信号链路切换和断开隔离的作用。根据应用需求不同；模拟开关可以分为音频模拟开关、视频模拟开关、数字开关、通用模拟开关等。

多路模拟开关
是从多个模拟输入信号中切换选择所需输入通道模拟输入信号电路。场效应晶体管作为模拟开关而得到广泛应用。其优点是工作速度可达10的6次方次/3，导通电阻低（5~25欧），截止电阻高达10的10次方欧。
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。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主。

3.选型指标
模拟开关由于采用的是集成MOS管作为开关的器件实现开关功能；由于MOS管自身物理特性，在使用的时候需要注意一下几个性能指标：

开关速度：
模拟开关的开关速度一般能达到兆Hz的速度，可以快速实现链路切换。

开关耐压：
模拟开由于其应用的信号链路为电子板低压工作环境，关耐压值一般在15v以内；常见的有3.3v、5v、12v、15v、等最大耐压值；选择时必须注意信号链路的最大电压与器件最大耐压值。

开关最大电流：
模拟开关的导通能够承受的最大电流值，现在常见的模拟开关的开关最大电流一般在几百毫安以内；安培级别的模拟开关很少。

导通电阻：
常见的模拟开关的导通阻抗一般从几个欧姆到100欧姆之间；在模拟信号和弱信号设计的时候使用模拟开关必须注意这个参数。

关断阻抗：
关断阻抗代表着开关的关断能力，关断好坏，一般产品的关断阻抗足以达到抑制相邻两个信号链路相互干扰的能力。

二。方案推荐

在设计测试设备时，通常会遇到一套测试设备需测试多个不同点的同类物理量。通常的做法是信号调理及ADC部分共用，采样则是多通道分时采样，这就涉及到采样切换开关，最常用与最方便的就是模拟开关，特别是对于被测信号为小的微弱直流信号时，如果用于多通道选择采样的模拟开关选择不当的话，根本检测不到被测信号，如果你对模拟开关不是很熟悉，此时，你最好干脆采用信号继电器来做多通道选择采样，不然你可能会面临意想不到的困难。但是，用信号继电器，又会面临切换速度慢的问题。信号继电器要完成通道切换，直到信号稳定，一般耗时不会小于25毫秒。下面介绍几款用于多通道选择采样的模拟开关。

1.DG406 DG406是16选一模拟开关，它具有漏流小、导通阻抗小等特点可用于多通道采样。

下面是MAXIM DG406的介绍：

The DG406 is a 1 of 16 multiplexer/demultiplexer，operate with a +4.5V to +30V single
supply and with ±4.5V to ±20V dual supplies. ESD pro-tection is guaranteed to be greater than 2000V perMethod 3015.7 of MIL-STD 883.

Guaranteed Matching Between Channels, 8Ω Max.
Guaranteed On-Resistance Flatness, 9Ω Max
Guaranteed Low Charge Injection, 15pC Max
Low On-Resistance 100Ω Max
Input Leakage, 5nA Max at +85°C
Low Power Consumption, 1.25mW Max
Rail-to-Rail Signal Handling
Digital Input Controls TTL/CMOS Compatible
ESD Protection >2000V per Method 3015.7

Applications

Sample-and-Hold Circuits
Test Equipment
Guidance and Control Systems
Communications Systems
Data-Acquisition Systems
Audio Signal Routing

真值表：

2.DG408/DG409 DG408是一款8选一的模拟开关，DG409是一款4选一的差分模拟开关。下面是Intersil的DG408/DG409介绍：

The DG408 Single 8-Channel, and DG409 Differential 4-Channel monolithic CMOS analog multiplexers are drop-in replacements for the popular DG508A and DG509A series
devices. They each include an array of eight analog switches, a TTL/CMOS compatible digital decode circuit for channel selection, a voltage reference for logic thresholds and an ENABLE input for device selection when several multiplexers are present.

• ON Resistance (Max, 25 o C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Ω
• Low Power Consumption (P D ) . . . . . . . . . . . . . . . <11mW
• Fast Switching Action

t TRANS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<250ns
t ON/OFF(EN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<150ns
• Low Charge Injection
• Upgrade from DG508A/DG509A
• TTL, CMOS Compatible
• Single or Split Supply Operation
Applications
• Data Acquisition Systems
• Audio Switching Systems
• Automatic Testers
• Hi-Rel Systems
• Sample and Hold Circuits
• Communication Systems
• Analog Selector Switch

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