模拟开关的技术特性和应用

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(Ron)随输入信号(VIN)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 VIN 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Ron 随输入电压(VIN)的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，Ron 随 Vin 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，Ron 也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。 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 Ron 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 Ron 并非适用于所有的应用，较低的Ron 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 Ron 具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡 Ron 和注入电荷。 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...