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模拟开关的技术特性和应用

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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(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...

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