數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)第3章

1、Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)第3章 模擬多路開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）主要內(nèi)容 多路開關(guān)的工作原理 常見的多路開關(guān)集成芯片 多路開關(guān)的電路特性 多路開關(guān)的選擇 多路開關(guān)的應(yīng)用Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）什么地方需要用到多路開關(guān)？傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器采采樣樣/保保持持器器顯示器顯示器打印機(jī)打印機(jī)繪圖機(jī)繪

2、圖機(jī)被測物理量被測物理量數(shù)字信號數(shù)字信號開關(guān)信號開關(guān)信號多路開關(guān)程控放大程控放大A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器定時(shí)與控制邏輯定時(shí)與控制邏輯計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)接口接口Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）有些時(shí)候需要程控增益Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬多路開關(guān) 多路開關(guān)常用在多路信號公用一路AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用來將多路信號分別送入AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 常見兩種形式 機(jī)電式 電子式四選一多路開關(guān)四選一多路開關(guān)S0S1S2S3A1A2YData Acquisi

3、tion and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）機(jī)電式多路開關(guān) 電磁繼電器、舌簧繼電器等形式 動合型（常開）、動斷型（常閉）和轉(zhuǎn)換型 特點(diǎn) 有觸點(diǎn) 接通電阻低，通常在毫歐級 主要用于大電流、高電壓、低速切換的場所Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）電子式多路開關(guān) 電子式多路開關(guān)特點(diǎn) 無觸點(diǎn) 導(dǎo)通電阻較大，常見幾十到幾百歐姆 常用在小電流、低電壓、高速切換場所 通常以集成電路芯片形式出現(xiàn) 常見三種類型 雙極型晶體管開關(guān) 場效應(yīng)管開關(guān) 集成電路開關(guān)Data Acquisition and Pro

4、cessing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）電子多路開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式BECNPNBECPNP雙極型晶體管雙極型晶體管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)型絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）雙極型晶體管開關(guān)的工作原理 充分利用了晶體管的飽和導(dǎo)通和截止的狀態(tài)來完成信號的接通和關(guān)斷 開關(guān)速度快 漏電流大、開路電阻小、導(dǎo)通電阻大 電流控制器件，基極電流會流入信號源 單向傳輸信號+15V+15VT1T1T8T8.通道

5、選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模擬信號模擬信號1 1模擬信號模擬信號8 8雙極型晶體管開關(guān)電路雙極型晶體管開關(guān)電路VDDData Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）結(jié)型場效應(yīng)管開關(guān)工作原理 優(yōu)點(diǎn) 開關(guān)速度快 導(dǎo)通電阻小 可雙向傳遞信號 缺點(diǎn) 分立元件 需專門的電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動.T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道選擇通道選擇1 1通道選擇通道選擇8 8UoR1828R11R21R結(jié)型場效應(yīng)管多路開關(guān)結(jié)型場效應(yīng)管多路開關(guān)VDDVDDData Acquisition

6、and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）絕緣柵型場效應(yīng)管開關(guān)工作原理 開關(guān)速度快 導(dǎo)通電阻小，隨信號電壓變化時(shí)波動小 易于和驅(qū)動電路集成+4V+4V-20V-20VT1T1T8T8R11R21R18R28UoUi1UC1Ui8UC8.絕緣柵場效應(yīng)管多路開關(guān)絕緣柵場效應(yīng)管多路開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）集成多路開關(guān) 將場效應(yīng)管開關(guān)、地址計(jì)數(shù)器和譯碼器及控制電路等集成 譯碼器保證多路信號的選通邏輯不沖突 計(jì)數(shù)器有利于通道信號的自動循環(huán)選擇1231516.四-十六線譯碼器四位計(jì)數(shù)器T1T

7、2T3T15T16U0Ui3Ui2Ui1Ui15i16U計(jì)數(shù)23222120.集成多路開關(guān)集成多路開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)

8、的主要技術(shù)指標(biāo)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的電路特性 多路開關(guān)的一個(gè)開關(guān)的等效電路模型USRSCICIORONROFFCOCLRLData Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的電路特性I導(dǎo)導(dǎo)通通開開關(guān)關(guān)測量點(diǎn)測量點(diǎn)UOERLRONRSIIISSSS斷斷開開開開關(guān)關(guān)漏電流電路漏電流電路Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）漏電流帶來的影響Data Acquisition an

9、d Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）減小漏電流影響的辦法 采用分級結(jié)合電路的方法可以減小漏電流帶來的影響 增加三個(gè)開關(guān)，可以差不多將漏電流減小到原來的1/3。 思考 B，C支路的漏電流的狀況？.ABC輸出輸出12n12n12n多路開關(guān)的分級組合多路開關(guān)的分級組合Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的動態(tài)響應(yīng)USRSRONCICTRL多路開關(guān)的動態(tài)響應(yīng)等效電路多路開關(guān)的動態(tài)響應(yīng)等效電路誤差：以百分?jǐn)?shù)表示的誤差誤差：以百分?jǐn)?shù)表示的誤差數(shù)值中百分號前的數(shù)字。數(shù)值中百分號前的數(shù)字。Data A

10、cquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的動態(tài)特性分析 設(shè)RON=100，COT=100pF，CL=20pF，RL=10M， CI=5pF，精度0.1%，求設(shè)定時(shí)間。)(9 .82)(1029. 81 . 0100ln10120100100ln)(812TONSSnssCRRt誤差s74. 1101 .1741000ln102 .251 . 0100ln1012021008-812StData Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）動態(tài)特性的思考 源內(nèi)阻與導(dǎo)通電阻對動態(tài)特性有

11、什么影響？ 電容對動態(tài)特性的影響是什么？ 怎么減小這些因素的影響？ 分級結(jié)合的電路對動態(tài)特性如何影響？Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的源負(fù)載效應(yīng)誤差 信號源電阻信號源電阻RS和開關(guān)導(dǎo)通電阻和開關(guān)導(dǎo)通電阻RON 與與多路開關(guān)所接器多路開關(guān)所接器件的件的等效電阻等效電阻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= 怎么減小源負(fù)載效應(yīng)誤差？Data Acquisition and Processing

12、Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)的串?dāng)_特性 串?dāng)_是指斷開通道的信號電壓耦合到接收通道而引起的干擾 通過斷開開關(guān)之間的分布電容進(jìn)入U(xiǎn)S1RS2RON2COUT+CLCin2UOECIORS1Cin1(A)等效電路等效電路US1CIORONUOECOUT+CL(B)RON2RS1或或RON2RS2時(shí)的簡化圖時(shí)的簡化圖US1RS1CIOCin1RS2UOECin2+COUT+CL(C)RON2RS1或或RON2RS2時(shí)的簡化圖時(shí)的簡化圖Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬開關(guān)的選擇 通道數(shù)量 通道數(shù)量對傳輸信

13、號的精度和切換速度有直接影響 泄漏電流與串?dāng)_等都與通道數(shù)量有關(guān) 導(dǎo)通電阻的一致性與平坦度 導(dǎo)通電阻的變化影響精度，尤其是在負(fù)載阻抗較小的情況 平坦度體現(xiàn)導(dǎo)通電阻隨輸入信號電壓變化的波動情況 一致性體現(xiàn)各通道之間在導(dǎo)通電阻上的差異Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬開關(guān)的選擇 開關(guān)速度 注意與后級的采樣速度和模數(shù)轉(zhuǎn)換器速度之間的協(xié)調(diào)分配 泄漏電流 盡量選擇泄漏電流小的模擬開關(guān) 芯片的電源電壓范圍 電源電壓通常與切換速度和導(dǎo)通電阻有關(guān) 電源電壓通常也約束了傳輸信號的電壓范圍Data Acquisition and Proce

14、ssing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬開關(guān)的選擇 故障保護(hù)和ESD保護(hù) 防止輸入線路出現(xiàn)故障或靜電積累的狀況帶來的對系統(tǒng)的損害 先斷后合 先斷后合的機(jī)制在用于通道切換的時(shí)候可以防止通道之間的短路 但是如果用于程控增益的情況，由于運(yùn)放的開環(huán)增益很大，可能需要考慮使用先合后斷的模擬開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬開關(guān)的選擇 單端輸入和差分輸入 單端輸入通道數(shù)多，而差分輸入能夠有效抑制共模干擾 信號帶寬 模擬開關(guān)的分布電容會影響到通道的傳輸帶寬 關(guān)斷隔離度 對于高速信號，寄生電容還有可能影響到關(guān)斷的

15、程度Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）典型的模擬開關(guān)集成芯片 無譯碼的多路開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）有譯碼的多路開關(guān)Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）AD7501Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）AD7502Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采

16、集與處理技術(shù)）CD4051/2/3Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）CD4051功能框圖Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）CD4052功能框圖Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）CD4053功能框圖Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）多路開關(guān)集成芯片小結(jié) 模擬多路開關(guān)集成芯片有多種形式 一對一（AD7510等） 一對多（CD4501，CD4502等） 多對一（AD7501，CD4501，CD4502等） 掌握控制電平及控制邏輯 注意連接方向 通過芯片手冊掌握其他特性Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬多路開關(guān)的應(yīng)用Data Acquisition and Processing Technology（數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)）模擬多路開關(guān)的應(yīng)用Data Acquisition and Process