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1、多路開關(guān):多路開關(guān):在多路在多路被測(cè)信號(hào)共用一路被測(cè)信號(hào)共用一路A/DA/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,用來將集系統(tǒng)中,用來將多路被測(cè)信號(hào)分別多路被測(cè)信號(hào)分別傳送到傳送到A/DA/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以便計(jì)算行轉(zhuǎn)換,以便計(jì)算機(jī)能對(duì)多路被測(cè)信機(jī)能對(duì)多路被測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。號(hào)進(jìn)行處理。四選一多路開關(guān)四選一多路開關(guān)D0D1D2D3A1A2Y多路開關(guān):多路開關(guān):u 機(jī)電式機(jī)電式:用于大電流、高電壓,低用于大電流、高電壓,低 速切換場(chǎng)所;速切換場(chǎng)所;u 電子式電子式:用于小電流、低電壓,高:用于小電流、低電壓,高 速切換場(chǎng)所。速切換場(chǎng)所。類型:類型:機(jī)電式:機(jī)電式:電子式:電子式:電子多路
2、開關(guān)由于是一種集成化無觸點(diǎn)開關(guān),不僅電子多路開關(guān)由于是一種集成化無觸點(diǎn)開關(guān),不僅壽命長(zhǎng)、體積小,而且對(duì)系統(tǒng)的干擾小。壽命長(zhǎng)、體積小,而且對(duì)系統(tǒng)的干擾小。多路開關(guān):多路開關(guān):u 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:BECNPNBECPNPu 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)雙極型晶體管雙極型晶體管多路開關(guān):多路開關(guān):u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān) u 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:u 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(M
3、OS)多路開關(guān):多路開關(guān):u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān) u 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:u 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)多路開關(guān):多路開關(guān):u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān) GSDGSDGSDGSDN溝道耗盡型溝道耗盡型P溝道耗盡型溝道耗盡型N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管u 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:可分為:u 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)多路開關(guān):多路
4、開關(guān):u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān) PMOS和NMOS結(jié)合可以構(gòu)成CMOS(互補(bǔ)對(duì)稱MOS:Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體) CMOS型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)的優(yōu)點(diǎn):的優(yōu)點(diǎn):n 導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻R RONON隨信號(hào)電隨信號(hào)電 壓變化波動(dòng)??;壓變化波動(dòng)??;信號(hào)信號(hào)電壓電壓RONNMOSPMOSCMOSu 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:可分為:u 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)多路開關(guān):多路開關(guān):u 集成電路開
5、關(guān)集成電路開關(guān) PMOS和NMOS結(jié)合可以構(gòu)成CMOS(互補(bǔ)對(duì)稱MOS:Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體) CMOS型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)的優(yōu)點(diǎn):的優(yōu)點(diǎn):n 開關(guān)接通時(shí)間短,小開關(guān)接通時(shí)間短,小 于于100ns100ns;n 功耗低;功耗低;n 工作電壓范圍寬工作電壓范圍寬 n 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) n 溫度穩(wěn)定性能好溫度穩(wěn)定性能好 n 易于和驅(qū)動(dòng)電路集成易于和驅(qū)動(dòng)電路集成u 雙極性晶體管開關(guān)雙極性晶體管開關(guān) 電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:電子多路開關(guān)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:u 場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶
6、體管開關(guān) 結(jié)型結(jié)型 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)多路開關(guān):多路開關(guān):u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān) 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān)是將場(chǎng)效是將場(chǎng)效應(yīng)管、地址計(jì)數(shù)器、譯應(yīng)管、地址計(jì)數(shù)器、譯碼器及控制電路等集成碼器及控制電路等集成制造在一塊芯片上而構(gòu)制造在一塊芯片上而構(gòu)成的器件。成的器件。特點(diǎn):特點(diǎn):除了具有場(chǎng)效除了具有場(chǎng)效應(yīng)管的特性之外,還應(yīng)管的特性之外,還具有體積小、使用方具有體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。便等優(yōu)點(diǎn)。1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理u 雙極型晶體管開關(guān)雙極型晶體管開關(guān) 其工作原理如下:其工作原理如下: 設(shè)選擇第設(shè)選擇第1路模擬信號(hào)。則路模擬信號(hào)。則令通道控制信號(hào)令通道控制信號(hào)UC1= 0
7、,晶晶體管體管T1截止,集電極為高截止,集電極為高電平,晶體管電平,晶體管T1導(dǎo)通,輸導(dǎo)通,輸入信號(hào)電壓入信號(hào)電壓Ui1被選中被選中。 +15V+15VT1T1T8T8.通道選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模擬信號(hào)模擬信號(hào)1 1模擬信號(hào)模擬信號(hào)8 8雙極型晶體管開關(guān)電路雙極型晶體管開關(guān)電路VDD同理,當(dāng)令通道控制信號(hào)同理,當(dāng)令通道控制信號(hào)UC2= 0 時(shí),則選中第時(shí),則選中第2路模路模擬信號(hào),擬信號(hào), UO = Ui2。 1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理u 雙極型晶體管開關(guān)雙極型晶體管開關(guān) +15V+15VT1T1T8T8.通道
8、選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模擬信號(hào)模擬信號(hào)1 1模擬信號(hào)模擬信號(hào)8 8雙極型晶體管開關(guān)電路雙極型晶體管開關(guān)電路VDD注意:注意: 在控制信號(hào)在控制信號(hào)UC1 UC8中不能同時(shí)有兩個(gè)或中不能同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上為兩個(gè)以上為0。 優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):開關(guān)速度快。開關(guān)速度快。缺點(diǎn):缺點(diǎn): 電流控制器件,功電流控制器件,功耗大,集成度低,一耗大,集成度低,一個(gè)方向傳送信號(hào)。個(gè)方向傳送信號(hào)。 漏電流大,開路電漏電流大,開路電阻小,導(dǎo)通電阻大。阻小,導(dǎo)通電阻大。u 場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)工作原理如下:工作原理如下
9、:設(shè)選擇第設(shè)選擇第1路信號(hào)。則令通道路信號(hào)。則令通道控制信號(hào)控制信號(hào)UC1=1,開關(guān)控制管,開關(guān)控制管T1導(dǎo)通,集電極為低電平,導(dǎo)通,集電極為低電平,場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管T1導(dǎo)通,導(dǎo)通,UO=Ui1。 當(dāng)當(dāng)UC1 =0時(shí),時(shí),T1截止,截止,T1也截也截止,第止,第1路輸入信號(hào)被切斷。路輸入信號(hào)被切斷。1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理其他各路操作與第一路相同。其他各路操作與第一路相同。 .T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8UoR1828R11R21R結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)VDDVDDu 場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管
10、開關(guān)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理.T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8UoR1828R11R21R結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)VDDVDD優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 開關(guān)切換速度快,導(dǎo)開關(guān)切換速度快,導(dǎo)通電阻小,可兩個(gè)方通電阻小,可兩個(gè)方向傳送信號(hào)。向傳送信號(hào)。 缺點(diǎn):缺點(diǎn): 為分立元件,需專門為分立元件,需專門的電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng),的電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng),使用不方便。使用不方便。u 場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān) 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理其工作原理與結(jié)型場(chǎng)效其工作原理與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管多
11、路開關(guān)類似。應(yīng)管多路開關(guān)類似。+4V+4V-20V-20VT1T1T8T8R11R21R18R28UoUi1UC1Ui8UC8.絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管多路開關(guān)優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 開關(guān)切換速度快,導(dǎo)通電開關(guān)切換速度快,導(dǎo)通電阻小,且隨信號(hào)電壓變化阻小,且隨信號(hào)電壓變化波動(dòng)?。灰子诤万?qū)動(dòng)電路波動(dòng)??;易于和驅(qū)動(dòng)電路集成。集成。缺點(diǎn):缺點(diǎn): 襯底要有保護(hù)電壓,襯底要有保護(hù)電壓,P溝溝道加正電壓,道加正電壓,N溝道加負(fù)溝道加負(fù)電壓。電壓。 u 集成電路開關(guān)集成電路開關(guān)1. 多路開關(guān)工作原理多路開關(guān)工作原理1231516.四-十六線譯碼器四位計(jì)數(shù)器T1T2T3T15T16U0Ui3Ui2Ui1Ui
12、15i16U計(jì)數(shù)23222120.集成多路開關(guān)集成多路開關(guān)工作原理如下:工作原理如下:設(shè)選擇第設(shè)選擇第1路信號(hào)。則計(jì)算機(jī)輸路信號(hào)。則計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)出一個(gè)4位二進(jìn)制碼,把計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制碼,把計(jì)數(shù)器置成置成0001狀態(tài),經(jīng)四狀態(tài),經(jīng)四- -十六線譯十六線譯碼器后,第碼器后,第1根線輸出高電平,根線輸出高電平,場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管T1導(dǎo)通,導(dǎo)通,UO= Ui1,選,選中第中第1路信號(hào)。路信號(hào)。 如果要連續(xù)選通第如果要連續(xù)選通第1路到第路到第3路的路的信號(hào),可以在計(jì)數(shù)器加入計(jì)數(shù)脈信號(hào),可以在計(jì)數(shù)器加入計(jì)數(shù)脈沖,每加入一次脈沖,計(jì)數(shù)器加沖,每加入一次脈沖,計(jì)數(shù)器加1,狀態(tài)依次變?yōu)闋顟B(tài)依次變?yōu)?0001,00
13、10,0011。 2. 多路開關(guān)的主要指標(biāo)多路開關(guān)的主要指標(biāo) u RON:導(dǎo)通電阻;:導(dǎo)通電阻;多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻RON(一般為數(shù)(一般為數(shù)1010至至1k1k左左右)比機(jī)械開關(guān)的接觸電阻(一般為右)比機(jī)械開關(guān)的接觸電阻(一般為mm量級(jí))大量級(jí))大得多,對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集的信號(hào)傳輸精度或程控制增得多,對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集的信號(hào)傳輸精度或程控制增益放大的增益影響較明顯。益放大的增益影響較明顯。而且而且RON隨電源電壓高低、傳輸信號(hào)的幅度等的變隨電源電壓高低、傳輸信號(hào)的幅度等的變化而變化,因而其影響難以進(jìn)行后期修正?;兓蚨溆绊戨y以進(jìn)行后期修正。實(shí)踐中一般是設(shè)法減小實(shí)踐中一般是設(shè)法
14、減小RON來降低其影響。來降低其影響。以以CD4051為例,測(cè)試發(fā)現(xiàn):為例,測(cè)試發(fā)現(xiàn):CD4051的的RON隨電源電壓和輸入模擬電隨電源電壓和輸入模擬電壓的變化而變化。當(dāng)壓的變化而變化。當(dāng)VDD=5V、VEE=0V時(shí),時(shí),RON=280,且隨,且隨Vi的的變化突變;當(dāng)變化突變;當(dāng)VDD10V、VEE=0V時(shí),時(shí),RON=100,且隨,且隨Vi的變化緩的變化緩變。可見,適當(dāng)提高變??梢?,適當(dāng)提高CD4051的的VDD有利于減小有利于減小RON的影響。的影響。 2. 多路開關(guān)的主要指標(biāo)多路開關(guān)的主要指標(biāo) u RON:導(dǎo)通電阻;:導(dǎo)通電阻;u RONVS:導(dǎo)通電阻溫度漂移;:導(dǎo)通電阻溫度漂移;u I
15、C:開關(guān)接通電流;:開關(guān)接通電流;u IS:開關(guān)斷開時(shí)的泄漏電流;:開關(guān)斷開時(shí)的泄漏電流;u CS:開關(guān)斷開時(shí),開關(guān)對(duì)地電容;:開關(guān)斷開時(shí),開關(guān)對(duì)地電容;u COUT:開關(guān)斷開時(shí),輸出端對(duì)地電容;:開關(guān)斷開時(shí),輸出端對(duì)地電容;u tON:選通信號(hào):選通信號(hào)ENEN達(dá)到達(dá)到50%50%這一點(diǎn)時(shí)到開關(guān)接通時(shí)的延這一點(diǎn)時(shí)到開關(guān)接通時(shí)的延 遲時(shí)間;遲時(shí)間;u tOFF:選通信號(hào):選通信號(hào)ENEN達(dá)到達(dá)到50%50%這一點(diǎn)時(shí)到開關(guān)斷開時(shí)的這一點(diǎn)時(shí)到開關(guān)斷開時(shí)的 延遲時(shí)間;延遲時(shí)間;u tOPEN:開關(guān)切換時(shí)間,即當(dāng)兩個(gè)通道均為斷開時(shí),:開關(guān)切換時(shí)間,即當(dāng)兩個(gè)通道均為斷開時(shí), 開關(guān)從一個(gè)通道的接通狀態(tài)轉(zhuǎn)到
16、另一個(gè)通道開關(guān)從一個(gè)通道的接通狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一個(gè)通道 的接通狀態(tài)并達(dá)到穩(wěn)定所用的時(shí)間。的接通狀態(tài)并達(dá)到穩(wěn)定所用的時(shí)間。1. 無譯碼器的多路開關(guān)無譯碼器的多路開關(guān) 芯片中無譯碼器,四個(gè)通道芯片中無譯碼器,四個(gè)通道開關(guān)都有各自的控制端。開關(guān)都有各自的控制端。AD7510芯片芯片: :12345678910111213141516S1S2S3S4D1A1A2D2D3A3D4A4USSUDDGNDNC優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):每一個(gè)開關(guān)可單獨(dú)通斷,每一個(gè)開關(guān)可單獨(dú)通斷,也可同時(shí)通斷,使用方式也可同時(shí)通斷,使用方式比較靈活。比較靈活。 缺點(diǎn):缺點(diǎn):引腳較多,使得片內(nèi)所引腳較多,使得片內(nèi)所集成的開關(guān)較少。集成的開關(guān)較少。當(dāng)
17、巡回檢測(cè)點(diǎn)較多時(shí),當(dāng)巡回檢測(cè)點(diǎn)較多時(shí),控制復(fù)雜??刂茝?fù)雜。 TL182C,AD7510,AD7511,AD7512,CD4066,TS12A44513,TS3A4741,TS3A24159, 1. 無譯碼器的多路開關(guān)無譯碼器的多路開關(guān) RON 0.3TS12A44513芯片芯片CD4066芯片芯片2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u AD7501(AD7503) AD7501AD7501(AD7503AD7503)芯)芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能片結(jié)構(gòu)及引腳功能.電平轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)OUTENA1A2A0S8S1USSUDD(-15V)(+15V)地12345678910111213141516A
18、1GNDENA2S8S1S23S5S6S4S7SOUTUDDUSSA0AD7501.片上所有邏輯輸入與片上所有邏輯輸入與TTLDTL及及CMOS電路兼容。電路兼容。AD7501真值表真值表 2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u AD7501(AD7503) A2A1A0EN導(dǎo)通00001111001100110101010111111111012345678無AD7503 除除EN 端的控制邏輯電平相反端的控制邏輯電平相反外外, 其它與其它與AD7501相同。相同。2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u AD7502電平轉(zhuǎn)換ENA1A0UDD(+15V)12345678910
19、111213141516A1GNDENS8S1S23S5S6S4S7SOUTUDDUSSA0AD7502OUT(14)(58).譯碼驅(qū)動(dòng)OUTS8S1USS(-15V)地SS45OUTAD7502AD7502芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能AD7502真值表真值表 2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u AD7502A1A0EN導(dǎo)通00110101111101和52和63和74和8無AD7501, AD7502, AD7503 芯片都是單向多芯片都是單向多到一的多路開關(guān),即信號(hào)只允許從多個(gè)到一的多路開關(guān),即信號(hào)只允許從多個(gè) (8個(gè)個(gè)) 輸輸入端向一個(gè)輸出端傳送。入端向一個(gè)輸出端傳送
20、。CD4501為為8通道單刀結(jié)構(gòu)形式,它允許雙向使用,即可用通道單刀結(jié)構(gòu)形式,它允許雙向使用,即可用于多到一的切換輸出,于多到一的切換輸出, 也可用于一到多的輸出切換。也可用于一到多的輸出切換。電平轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)S1UDD(-15V)(+15V)地S4S5S0S2S6S7S3INHCBAUEE12345678910111213141516Sm12345678910111213141516GNDS1S23S5S6S4S7SUDDCD4501S0ABCSmINHUEEIN/OUT(OUT/IN)IN/OUTIN/OUTCD4501CD4501芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能2. 有譯碼器的多路開
21、關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u CD4501CD4501真值表真值表 CBAINH導(dǎo)通000011110011001101010101000000001S1S2S3S4S5S6S7S8無2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u CD45012. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u CD4502UDD(-15V)(+15V)地UEE8111612345712131415電平轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)INH6B9A10Y(OUT/IN)X(OUT/IN)X(IN/OUT)Y(IN/OUT)12345678910111213141516GNDUDDCD4502ABINHUEE(IN/OUT)Y(OUT/IN
22、)YY(IN/OUT)(IN/OUT)X(OUT/IN)XX(IN/OUT)CD4502CD4502芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能CD4502真值表真值表2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u CD4502輸入接通通道INHABXY00001001101010123無0123無CD4502和和CD4501一樣,允許雙向使用。一樣,允許雙向使用。2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u SN74LV4051SN74LV4051SN74LV4051芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能芯片結(jié)構(gòu)及引腳功能2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u SN74LV4051SN74LV4051SN74
23、LV4051真值表真值表2. 有譯碼器的多路開關(guān)有譯碼器的多路開關(guān) u 部分多路開關(guān)性能參數(shù)部分多路開關(guān)性能參數(shù)RON()RONVSIS(nA)IC(nA)tON(us)tOFF(us)AD7501AD7503AD7502AD7506CD45011703003004002700.5%/0.5%/0.5%/0.5%/0.220.220.220.0515150.650.030.080.80.80.80.80.80.80.80.8特性特性型號(hào)型號(hào)CS(pF)COUT(pF)邏輯電平(V)電源輸入方式輸入電流、電壓AD7501AD7503AD7502AD7506CD45015555303015400.
24、830.830.830.831.53.515V,800uA15V,800uA15V,800uA15V,1mA+5V+15V8路8路雙4路16路8路雙向35mA,兩開關(guān)間電壓25V特性特性型號(hào)型號(hào)為了便于討論,模擬多路開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)用為了便于討論,模擬多路開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)用下圖下圖所示的所示的等效電路等效電路來表示。來表示。USRSCICIORONROFFCOCLRL模擬多路開關(guān)模擬多路開關(guān)中一個(gè)開關(guān)的中一個(gè)開關(guān)的等效電路等效電路RS為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻,CI為開關(guān)的輸入電容為開關(guān)的輸入電容,RON是開關(guān)的是開關(guān)的導(dǎo)通電阻,導(dǎo)通電阻,ROFF是開關(guān)斷開時(shí)的電阻是開關(guān)斷開時(shí)的電阻,CIO是跨
25、接在開是跨接在開關(guān)輸入與輸出端上的電容關(guān)輸入與輸出端上的電容,CO是輸出電容是輸出電容,RL和和CL為為負(fù)載的電阻和電容。負(fù)載的電阻和電容。1. 漏電流漏電流漏電流漏電流: :通過斷開的模擬開關(guān)的電流,用通過斷開的模擬開關(guān)的電流,用IS表示。表示。 在在n個(gè)模擬開關(guān)的并聯(lián)個(gè)模擬開關(guān)的并聯(lián)組合中,當(dāng)一個(gè)開關(guān)導(dǎo)組合中,當(dāng)一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí),其它通時(shí),其它n1個(gè)開個(gè)開關(guān)是斷開的,未導(dǎo)通開關(guān)是斷開的,未導(dǎo)通開關(guān)的漏電流將通過導(dǎo)通關(guān)的漏電流將通過導(dǎo)通的開關(guān)流經(jīng)信號(hào)源。的開關(guān)流經(jīng)信號(hào)源。這樣,將在輸出端形成這樣,將在輸出端形成一個(gè)誤差電壓一個(gè)誤差電壓UOE。 I導(dǎo)導(dǎo)通通開開關(guān)關(guān)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)UOERLRONRS
26、IIISSSS斷斷開開開開關(guān)關(guān)漏電流電路漏電流電路1. 漏電流漏電流漏電流漏電流: :通過斷開的模擬開關(guān)的電流,用通過斷開的模擬開關(guān)的電流,用IS表示。表示。 I導(dǎo)導(dǎo)通通開開關(guān)關(guān)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)UOERLRONRSIIISSSS斷斷開開開開關(guān)關(guān)漏電流電路漏電流電路輸出端的誤差電壓:輸出端的誤差電壓: 一般情況下:一般情況下:UnIRROESSON()()1SONLRRR式中式中 n:并聯(lián)的模擬開關(guān)數(shù);并聯(lián)的模擬開關(guān)數(shù); IS:?jiǎn)蝹€(gè)開關(guān)斷開時(shí)的漏單個(gè)開關(guān)斷開時(shí)的漏 電流。電流。如用兩個(gè)如用兩個(gè)AD7503構(gòu)成構(gòu)成16路輸入通道。路輸入通道。AD7503每個(gè)每個(gè)通道斷開時(shí)的漏電流通道斷開時(shí)的漏電流IS
27、=2nA(25),),其導(dǎo)通內(nèi)阻其導(dǎo)通內(nèi)阻RON=300,設(shè)設(shè)RS=1000,則可以算出漏電流引起則可以算出漏電流引起的輸出誤差電壓為:的輸出誤差電壓為:1. 漏電流漏電流例子:例子:)V(1039)103 . 1 ()102(15639OEU設(shè)該系統(tǒng)的滿量程輸入電壓為設(shè)該系統(tǒng)的滿量程輸入電壓為100mV,采,采用用1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器,每個(gè)量化級(jí)是轉(zhuǎn)換器,每個(gè)量化級(jí)是24.4 V,則誤差電壓大于系統(tǒng)的量化單位。則誤差電壓大于系統(tǒng)的量化單位。討論:討論:如果通道數(shù)增加或信號(hào)源內(nèi)如果通道數(shù)增加或信號(hào)源內(nèi)阻很大時(shí),情況還要嚴(yán)重。阻很大時(shí),情況還要嚴(yán)重。 改進(jìn)的方法:改進(jìn)的方法:采用分級(jí)結(jié)
28、合電路。采用分級(jí)結(jié)合電路。1. 漏電流漏電流.ABC輸出輸出12n12n12n多路開關(guān)的分級(jí)組合多路開關(guān)的分級(jí)組合將將3n個(gè)通道分成個(gè)通道分成3組,再用組,再用3個(gè)第二級(jí)的開關(guān)接到輸出個(gè)第二級(jí)的開關(guān)接到輸出端。這樣將使流到輸出端端。這樣將使流到輸出端的漏電流由的漏電流由(3n1)IS降到降到(n+1)IS,差不多減至,差不多減至1/3。2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù):與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù):u 開關(guān)切換時(shí)間(設(shè)定時(shí)間)開關(guān)切換時(shí)間(設(shè)定時(shí)間)u 開關(guān)閉合后系統(tǒng)的帶寬開關(guān)閉合后系統(tǒng)的帶寬USRSRONCICTRL多路開關(guān)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等效電路多路開關(guān)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等效電路其中其中CT表示所有開
29、表示所有開關(guān)輸出電容關(guān)輸出電容COT與與負(fù)載電容負(fù)載電容CL之和。之和。該等效電路不是很該等效電路不是很精確,但可以用來精確,但可以用來進(jìn)行估算,如果估進(jìn)行估算,如果估算出的值是實(shí)際需算出的值是實(shí)際需要值的要值的25倍,則倍,則相應(yīng)系統(tǒng)多數(shù)能滿相應(yīng)系統(tǒng)多數(shù)能滿足要求。反之,如足要求。反之,如果估算出來的值比果估算出來的值比需要的值差需要的值差12倍,倍,那就必須做更詳細(xì)那就必須做更詳細(xì)的分析。的分析。誤差100lnCSTt u 開關(guān)切換時(shí)間開關(guān)切換時(shí)間tS (設(shè)定時(shí)間)(設(shè)定時(shí)間)設(shè)設(shè) CI RON+RS,則得時(shí)間常數(shù)則得時(shí)間常數(shù):TONSCCRRT)(則則 2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)USRSRO
30、NCICTRL多路開關(guān)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等效電路多路開關(guān)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等效電路誤差誤差:以百分?jǐn)?shù)表示的誤差:以百分?jǐn)?shù)表示的誤差數(shù)值中百分號(hào)前的數(shù)字。數(shù)值中百分號(hào)前的數(shù)字。)(9 .82)(1029. 81 . 0100ln10120100100ln)(812TONSSnssCRRt誤差u 開關(guān)切換時(shí)間開關(guān)切換時(shí)間tS (設(shè)定時(shí)間)(設(shè)定時(shí)間)設(shè)設(shè)RON=100,COT=100pF,CL=20pF,RL=10M, CI=5pF,精度精度0.1%,求設(shè)定時(shí)間。求設(shè)定時(shí)間。2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)例子:例子:解:解: 當(dāng)當(dāng)RS = 0 時(shí)時(shí)s74. 1101 .1741000ln102 .251 . 0100ln
31、1012021008-812St當(dāng)當(dāng)RS = 2000時(shí)時(shí)u 開關(guān)切換時(shí)間開關(guān)切換時(shí)間tS (設(shè)定時(shí)間)(設(shè)定時(shí)間)2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)討論:討論:等效電路的帶寬:等效電路的帶寬:fRRCdBSONT312()RS對(duì)多路開關(guān)的切換時(shí)間有重要影響,對(duì)多路開關(guān)的切換時(shí)間有重要影響, RS越小,開關(guān)的越小,開關(guān)的動(dòng)作就越快;對(duì)于高內(nèi)阻的信號(hào)源,可用阻抗變換器動(dòng)作就越快;對(duì)于高內(nèi)阻的信號(hào)源,可用阻抗變換器(如如跟隨器跟隨器),將阻抗變低再接多路開關(guān)。,將阻抗變低再接多路開關(guān)。同樣,同樣,RON越小,開關(guān)的動(dòng)作就越快;通??梢酝ㄟ^提高越小,開關(guān)的動(dòng)作就越快;通??梢酝ㄟ^提高多路開關(guān)的電源電平,來減少多
32、路開關(guān)的電源電平,來減少RON,從而加快開關(guān)動(dòng)作。,從而加快開關(guān)動(dòng)作。COT越小,開關(guān)的動(dòng)作就越快;可以采用開關(guān)分級(jí)組合結(jié)越小,開關(guān)的動(dòng)作就越快;可以采用開關(guān)分級(jí)組合結(jié)構(gòu),將使輸出總電容由構(gòu),將使輸出總電容由3nCO降至降至(n+3)CO。 3. 源負(fù)載效應(yīng)誤差源負(fù)載效應(yīng)誤差源負(fù)載效應(yīng)誤差:源負(fù)載效應(yīng)誤差:信號(hào)源電阻信號(hào)源電阻RS和開關(guān)導(dǎo)通電阻和開關(guān)導(dǎo)通電阻RON 與多路開關(guān)所接器件的等效電阻與多路開關(guān)所接器件的等效電阻 RL分壓而引起的誤差。分壓而引起的誤差。RSRONRLUS源負(fù)載效應(yīng)的等效電路源負(fù)載效應(yīng)的等效電路%100LONSONSRRRRR源負(fù)載效應(yīng)誤差源負(fù)載效應(yīng)誤差= %011.
33、0%100105250300250300%1006LONSONSRRRRR3. 源負(fù)載效應(yīng)誤差源負(fù)載效應(yīng)誤差由于負(fù)載效應(yīng)是一種分壓作用,它使輸出到由于負(fù)載效應(yīng)是一種分壓作用,它使輸出到RL上的上的信號(hào)減小,因此應(yīng)合理設(shè)計(jì):信號(hào)減小,因此應(yīng)合理設(shè)計(jì):u 提高負(fù)載內(nèi)阻,使提高負(fù)載內(nèi)阻,使 RL RS+RON ;u 根據(jù)負(fù)載效應(yīng)誤差,計(jì)算出由此引起的根據(jù)負(fù)載效應(yīng)誤差,計(jì)算出由此引起的 衰減,然后在下級(jí)提高增益加以補(bǔ)償。衰減,然后在下級(jí)提高增益加以補(bǔ)償。設(shè)某通道設(shè)某通道RS=300,RON=200,RL=5M,求負(fù)載效求負(fù)載效應(yīng)誤差應(yīng)誤差。例子:例子:解:解:負(fù)載效應(yīng)誤差負(fù)載效應(yīng)誤差 = = 4.串?dāng)_
34、串?dāng)_ 串?dāng)_:串?dāng)_:斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起 的干擾。的干擾。 US1RS1RON2RS2Cin2Cin1C10CCOT+LUOE(a)計(jì)算串?dāng)_的等效電路計(jì)算串?dāng)_的等效電路在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過斷開開關(guān)之間的斷開開關(guān)之間的分布電容分布電容進(jìn)入的。進(jìn)入的。如果如果RON2RS1和和RS2US1C10UOECCOT+LRON(b)4.串?dāng)_串?dāng)_ 串?dāng)_:串?dāng)_:斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起 的干擾。的干擾。 US1RS1RON2RS2Cin2Cin1C10CCOT+LUOE(a)計(jì)
35、算串?dāng)_的等效電路計(jì)算串?dāng)_的等效電路在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過斷在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過斷開開關(guān)之間的開開關(guān)之間的分布電容分布電容進(jìn)入的。進(jìn)入的。如果如果RON2RS1和和RS2(c)RS1C10COT+CLCin2+UOERS2Cin1US14.串?dāng)_串?dāng)_ 串?dāng)_:串?dāng)_:斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起斷開通道的信號(hào)電壓耦合到接收通道引起 的干擾。的干擾。 US1RS1RON2RS2Cin2Cin1C10CCOT+LUOE(a)計(jì)算串?dāng)_的等效電路計(jì)算串?dāng)_的等效電路在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過斷在多路開關(guān)系統(tǒng)中,串?dāng)_是通過斷開開關(guān)之間的開開關(guān)之間的分布電容分布電容進(jìn)入的。進(jìn)入的。減小減小R
36、S2與與RON,有利于減,有利于減小串?dāng)_。小串?dāng)_。加大加大CL也能減小串?dāng)_,但也能減小串?dāng)_,但不利于動(dòng)態(tài)響應(yīng)。不利于動(dòng)態(tài)響應(yīng)。討論:討論: 5.其他特性與問題其他特性與問題 u 了解所給出的導(dǎo)通電阻值了解所給出的導(dǎo)通電阻值導(dǎo)通電阻隨溫度、導(dǎo)通程度、芯片電壓等變化而變化。導(dǎo)通電阻隨溫度、導(dǎo)通程度、芯片電壓等變化而變化。u 開關(guān)是否有死區(qū)開關(guān)是否有死區(qū)死區(qū)一般發(fā)生在柵極電壓不夠高的情況下。死區(qū)一般發(fā)生在柵極電壓不夠高的情況下。u 開關(guān)動(dòng)作是否開關(guān)動(dòng)作是否“先斷后合先斷后合”多路開關(guān)在做通道轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)選用多路開關(guān)在做通道轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)選用“先斷后合先斷后合”的多的多路開關(guān)。然而,在程控增益放大器中,若用
37、多路開關(guān)路開關(guān)。然而,在程控增益放大器中,若用多路開關(guān)來改變集成運(yùn)算放大器的反饋電阻,以改變放大器的來改變集成運(yùn)算放大器的反饋電阻,以改變放大器的增益,就不宜選用增益,就不宜選用“先斷后合先斷后合”的多路開關(guān)。的多路開關(guān)。 u 開關(guān)速度和功耗的關(guān)系開關(guān)速度和功耗的關(guān)系多路開關(guān)的功耗是其速度的函數(shù),須按工作頻率估算。多路開關(guān)的功耗是其速度的函數(shù),須按工作頻率估算。u 噪聲(熱噪聲,噪聲(熱噪聲,1/f 噪聲等)噪聲等)能夠采集的最低信號(hào)電平受噪聲的限制。能夠采集的最低信號(hào)電平受噪聲的限制。 -+.模擬地模擬地US1RS1US2RS2USnRSnRfUcm單端接法單端接法 (a)1. 單端接法單端
38、接法 單端接法:?jiǎn)味私臃ǎ喊阉休斎胄盘?hào)源的一端接至同一信號(hào)地,把所有輸入信號(hào)源的一端接至同一信號(hào)地, 另一端各自接至多路開關(guān)的相應(yīng)輸入端。另一端各自接至多路開關(guān)的相應(yīng)輸入端。信號(hào)地與模擬地很接近;信號(hào)地與模擬地很接近;較好的共模抑制能力;較好的共模抑制能力;比較難實(shí)現(xiàn),應(yīng)用范圍較窄。比較難實(shí)現(xiàn),應(yīng)用范圍較窄。最大限度利用通道數(shù);最大限度利用通道數(shù);易受共模干擾;易受共模干擾;僅適用于所有輸入信號(hào)均參考一個(gè)僅適用于所有輸入信號(hào)均參考一個(gè)公共電位的情況;公共電位的情況;各信號(hào)源需置于同樣的噪聲環(huán)境;各信號(hào)源需置于同樣的噪聲環(huán)境;特點(diǎn):特點(diǎn):u u u u 單端接法單端接法 (b). -+UO.模
39、擬地模擬地信號(hào)地信號(hào)地US1RS1US2RS2USnRSnUcm1RfUcm2Ucmn1. 單端接法單端接法 單端接法:?jiǎn)味私臃ǎ喊阉休斎胄盘?hào)源的一端接至同一信號(hào)地,把所有輸入信號(hào)源的一端接至同一信號(hào)地, 另一端各自接至多路開關(guān)的相應(yīng)輸入端。另一端各自接至多路開關(guān)的相應(yīng)輸入端。信號(hào)地與模擬地相離較遠(yuǎn);信號(hào)地與模擬地相離較遠(yuǎn);抗共模干擾能力差;抗共模干擾能力差;比較容易實(shí)現(xiàn)。比較容易實(shí)現(xiàn)。2. 雙端接法雙端接法 雙端接法:雙端接法:把所有輸入信號(hào)源的兩端各自把所有輸入信號(hào)源的兩端各自 分別接至多路開關(guān)的輸入端。分別接至多路開關(guān)的輸入端。 -+US1RS1US2RS2RSnUSnUcm1Ucm2
40、UcmnUORf雙端接法雙端接法優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):抗共模干擾能抗共模干擾能 力強(qiáng)。力強(qiáng)。缺點(diǎn):缺點(diǎn):只能使用系統(tǒng)只能使用系統(tǒng) 的一半通道。的一半通道。注意:注意:當(dāng)信號(hào)源的信當(dāng)信號(hào)源的信 噪比較小時(shí),噪比較小時(shí), 必須使用此接必須使用此接 法。法。A + -Q Q 74LS273D D例子:例子:設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸通道,要求單端接法時(shí)能提供設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸通道,要求單端接法時(shí)能提供 3232條通道,雙端接法時(shí)提供條通道,雙端接法時(shí)提供1616條通道。條通道。S0S7CH0CH7SmINHACBU1S0S7CH8CH15SmINHACBU2S0S7CH16CH23SmINHACBU3S0S7CH
41、24CH31SmINHACBU4采樣采樣/ /保持保持347813141718256912151619D0D1D2D3D4D5D6D711W2345611234KAKBCD4501US11US19D0D7與與CPU相相連,連,D0D2分布分布作為多路開關(guān)的作為多路開關(guān)的地址線地址線A,B和和C,D3D6分別作為分別作為U1U4的控制信的控制信號(hào)號(hào)INH單端接法單端接法A + -Q Q 74LS273D D例子:例子:設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸通道,要求單端接法時(shí)能提供設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸通道,要求單端接法時(shí)能提供 3232條通道,雙端接法時(shí)提供條通道,雙端接法時(shí)提供1616條通道。條通道。S0S7C
42、H0CH7SmINHACBU1S0S7CH8CH15SmINHACBU2S0S7CH16CH23SmINHACBU3S0S7CH24CH31SmINHACBU4采樣采樣/ /保持保持347813141718256912151619D0D1D2D3D4D5D6D711W2345611234KAKBCD4501US11D0D7與與CPU相相連,連,D0D2分布分布作為多路開關(guān)的作為多路開關(guān)的地址線地址線A,B和和C,D3D6分布作為分布作為U1U4的控制信的控制信號(hào)號(hào)INH雙端接法雙端接法UI+UI-消除抖動(dòng)引起的誤差消除抖動(dòng)引起的誤差 和機(jī)械開關(guān)類似,多路開關(guān)在通道切換時(shí)也存在抖和機(jī)械開關(guān)類似,
43、多路開關(guān)在通道切換時(shí)也存在抖動(dòng)過程,會(huì)出現(xiàn)動(dòng)過程,會(huì)出現(xiàn)瞬變現(xiàn)象瞬變現(xiàn)象,使輸出產(chǎn)生短暫的尖峰,使輸出產(chǎn)生短暫的尖峰電壓。若此時(shí)采集多路開關(guān)的輸出信號(hào),就可能引電壓。若此時(shí)采集多路開關(guān)的輸出信號(hào),就可能引入很大的誤差。入很大的誤差。 u硬件方法硬件方法:用硬件電路來實(shí)現(xiàn),即用:用硬件電路來實(shí)現(xiàn),即用 RC濾波器消除抖動(dòng);濾波器消除抖動(dòng);u軟件方法軟件方法:用軟件延時(shí)的方法來解決。:用軟件延時(shí)的方法來解決。 消除抖動(dòng)的常用方法:消除抖動(dòng)的常用方法:通常,軟件方法較硬件方法更有優(yōu)勢(shì)。通常,軟件方法較硬件方法更有優(yōu)勢(shì)。1. 通道的擴(kuò)展方法通道的擴(kuò)展方法以以CD4501CD4501為例,擴(kuò)展通道的方法有:為例,擴(kuò)展通道的方法有:將將n片片CD4501加以組合,用門電路組成地址加以組合,用門電路組成地址譯碼器,產(chǎn)生譯碼器,產(chǎn)生n個(gè)選址信號(hào)(相當(dāng)于片選信個(gè)選址信號(hào)(相當(dāng)于片選信號(hào)),分別接各片號(hào)),分別接各片CD4501的片選端;的片選端;將將n片片CD4501加以組合,采用集成的地址譯加以組合,采用集成的地址譯碼器產(chǎn)生碼器產(chǎn)生n個(gè)選址信號(hào);個(gè)選址信號(hào);將將n片片CD4501加以組合,另外使用一片加以組合,另外使用一片CD4501完成地址譯碼功能。完成地址譯碼功能。u u u 1. 通道的擴(kuò)展方法通道的擴(kuò)展方法例子例子BACIN
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