常用模擬開關芯片型號與功能和應用介紹

1、組會報告專業(yè)：電子與通信工程姓名：張威威2015年4月18日常用模擬開關芯片型號與功能和應用介紹一、模擬開關的電路組成及工作原理二、常用的模擬開關集成電路 三、模擬開關集成電路的應用 一、模擬開關的電路組成及工作原理 模擬開關，英文名Analog switches；主要是完成信號鏈路中的信號切換功能。采用MOS管的開關方式實現(xiàn)了對信號鏈路關斷或者打開；由于其功能類似于開關，而用模擬器件的特性實現(xiàn)，成為模擬開關。 模擬開關是一種三穩(wěn)態(tài)電路，它可以根據(jù)選通端的電平，決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當選通端處在選通狀態(tài)時，輸出端的狀態(tài)取決于輸人端的狀態(tài)；當選通端處于截止狀態(tài)時，則不管輸入端電平如何，輸出端

2、都呈高阻狀態(tài)。模擬開關在電子設備中主要起接通信號或斷開信號的作用。由于模擬開關具有功耗低、速度快、無機械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機中得到了廣泛應用。模擬開關電路由兩個或非門、兩個場效應管及一個非門組成，如圖一所示。模擬開關的真值表見表一。E A B 1 0 0 1 1 1 0 0 高阻狀態(tài) 0 1 高阻狀態(tài) 表一模擬開關的工作原理如下： 當選通端和輸入端同為1時，則S2端為，1端為，這時1導通，2截止，輸出端輸出為，=，相當于輸入端和輸出端接通。 當選通為1時，而輸入端為時，則S2端為1，S1端為，這時1截止，VT2導通，輸出端為，也相當于輸入端和輸出端接通。

3、 當選通端為時，這時1和2均為截止狀態(tài)，電路輸出呈高阻狀態(tài)。 從上面的分析可以看出，只有當選通端為高電平時，模擬開關才會被接通，此時可從向傳送信息；當輸入端為低電平時，模擬開關關閉，停止傳送信息。二、常用的CMOS模擬開關集成電路 在模擬開關的集成過程中，晶體三極管和場效應晶體管均可用來做模擬開關的有源器件，實際上，由于場效應晶體管特性的對稱性不存在殘余電壓等優(yōu)點，所以在模擬開關中用的最多的還是場效應晶體管。開關在電路中起接通信號或斷開信號的作用。最常見的可控開關是繼電器，當給驅(qū)動繼電器的驅(qū)動電路加高電平或低電平時，繼電器就吸合或釋放，其觸點接通或斷開電路。CMOS模擬開關是一種可控開關，它不

4、象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場合，只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號。 1. 無譯碼器的多路開關 開關類型：TL182C，AD7510，AD7511，AD7512等。 芯片中無譯碼器，四個通道開關都有各自的控制端。防閂鎖型介質(zhì)隔離CMOS開關，可提供最高超出電源電壓25 V的過壓保護,低導通電阻75，低泄漏電流500pA。優(yōu)點：每一個開關可單獨通斷，也可同時通斷，使用方式比較靈活。 缺點：引腳較多，使得片內(nèi)所集成的開關較少。當巡回檢測點較多時，控制復雜。 四雙向模擬開關CD4066 CD4066的每個封裝內(nèi)部有4個獨立的模擬開關，每個模擬開關有輸入、輸出、控制三個端

5、子，其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時，開關導通，導通電阻為幾十歐姆；當控制端加低電平時開關截止呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關間的串擾很小，典型值為50dB。 CD4066引腳功能圖2. 有譯碼器的多路開關 AD7501（AD7503） 片上所有邏輯輸入與TTLDTL及CMOS電路兼容。 表3.1 AD7501真值表 導通 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 無 AD7503

6、除EN 端的控制邏輯電平相反外, 其它與AD7501相同。 AD7502 表3.2 AD7502真值表 接通通道 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1和5 2和6 3和7 4和8 無注意： AD7501，AD7502，AD7503 芯片都是單向多到一的多路開關，即信號只允許從多個 (8個) 輸入端向一個輸出端傳送。單八路模擬開關CD4051 CD4051相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定?！癐NH”是禁止端，當“INH”=1時，各通道均不接通。CD4051還設有另外一個電源端VEE，以作為電平位移時使用，從而使得通常在單電源供電條件下工作

7、的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關，并使這種多路開關可傳輸峰峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關的供電電源VDD=5V，VSS=0V，當VEE=5V時，只要對此模擬開關施加05V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為5V5V的模擬信號。 CD4051引腳功能圖CD4051通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通雙四路模擬開關CD4052 CD4052相當于一個雙刀四擲開關，具體接通哪一通道，由輸入地址碼AB來決定。 CD4052通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通

8、通道INHBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1均不接通三組二路模擬開關CD4053 CD4053內(nèi)部含有3組單刀雙擲開關，3組開關具體接通哪一通道，由輸入地址碼ABC來決定。 CD4053通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000cX、bX、aX0001cX、bX、aY0010cX、bY、aX0011cX、bY、aY0100cY、bX、aX0101cY、bX、aY0110cY、bY、aX0111cY、bY、aY1均不接通十六路模擬開關CD4067 CD4067相當于一個單刀十六擲開關，具體接通哪一通道，由輸入地址碼ABC

9、D來決定。INH為“1”時斷開所有通道的接通。 CD4067接通選擇真值表 DCBAINH接通通道00000“0”00010“1”00100“2”00110“3”01000“4”01010“5”01100“6”01110“7”10000“8”10010“9”10100“10”10110“11”11000“12”11010“13”11100“14”11110“15”1均不接通高壓型模擬開關高壓模擬開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置，可實現(xiàn)模擬斷路器跳合閘時間設置、三相/分相操作選擇、輸入信號邏輯控制等作用，從而模擬斷路器的跳、合閘動作高壓模擬開關特性 模擬斷路器可模擬跳閘和合閘時間，時間設置

10、為撥碼開關設置，精度高。跳閘時間設置范圍為20-200ms，合閘時間設置范圍為20-100ms。 模擬斷路器跳合閘電源電壓為DC220V和DC110V兩檔，試驗前必須選擇好電壓和輸入電壓一致。 在模擬回路中設有繼電器A、B、C各輸出一組轉(zhuǎn)換觸點，動斷觸點閉合或斷開觸點斷開的觸點和操作電源完全隔離，可和微機型繼電保護試驗設備進行配合。 高壓模擬開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置，可實現(xiàn)模擬斷路器跳合閘時間設置、三相/分相操作選擇、輸入信號邏輯控制等作用，從而模擬斷路器的跳、合閘動作。 高壓模擬開關可以模擬分相操作斷路器，也可模擬三相操作斷路器，跳合閘阻抗選擇為400歐、200歐、110歐任意

11、選擇，當模擬分相操作斷路器時，其跳合閘輸入端子分別為A合、A跳、B合、B跳、C合、C跳；當模擬三相操作斷路器時，其跳合閘輸入端子為三跳、三合。另外，面板上還設有手動合閘和手動跳閘按鈕，并設有跳合閘信號燈，分別為A合、B合、C合三個紅色信號燈和A跳、B跳、C跳三個綠色信號燈，在模擬三相操作斷路器時，A、B、C三相信號燈同時明滅。高壓模擬開關技術參數(shù)1.跳閘時間選擇：20-100ms2.供電電源AC200V10%3.跳合閘操作為電源電壓：DC220V、DC110V4.合閘時間選擇：20-200ms5.跳合閘阻抗選擇400、200、1106.模擬斷路器常閉/常開接點容量為AC220V/5A高壓模擬開

12、關應用高壓模擬開關主要用于電力系統(tǒng)斷電保護裝置或成套繼電保護屏的整組試驗，可真實地模擬斷路器的跳合閘時間。在整組試驗時模擬高壓斷路器的跳閘及合閘，以避免由于重復的整組試驗造成斷路器反復分合帶來的不良影響。MAX4800A,MAX4802A 高壓模擬開關MAX4800A/MAX4802A可為超聲成像和打印機應用提供8通道高壓開關。該器件采用BCDMOS工藝，提供8個高壓低電荷注入SPST開關，由20MHz串行接口控制。數(shù)據(jù)被移入到內(nèi)部8位移位寄存器，并通過帶使能和清除輸入的可編程鎖存器保持數(shù)據(jù)。上電復位功能確保所有開關在上電時為開啟狀態(tài)。關鍵特性20MHz快速SPI接口靈活的高壓電源，可高達VP

13、P - VNN = 200V低電荷注入、低電容的22開關直流至10MHz模擬信號頻率范圍在5MHz下，關斷隔離為-77dB10A的低靜態(tài)電流低阻型模擬開關4 單刀雙擲低阻模擬開關芯片 CH4402 單刀四擲低阻模擬開關芯片 CH4444 單刀單擲低阻模擬開關芯片 CH441CH440 是 4 通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含 4 通道單刀雙擲模擬開關；CH444是 雙 通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含 2通道單刀四擲模擬開關；CH441 是 4 通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含 4 通道相互獨立的單刀單擲模擬開關；它們均具有高帶寬，低導通電阻，可以用于視頻或者 USB 信號切換。特點 低

14、導通電阻，Ron 典型值為 5。 高帶寬，Bw 典型值為 570MHz。 支持視頻信號，支持低速、全速和高速 USB 信號。 切換快速，Ton/Toff 典型值小于 5nS。 ESD 支持 4KV HBM。 CH440 和 CH444 提供全局使能引腳，多通道模擬開關統(tǒng)一使能、統(tǒng)一切換。 CH441 提供 4 通道相互獨立的模擬開關，兼容 74HC4066 引腳。 支持 5V 電源電壓、3.3V 電源電壓以及 3V 電源電壓，低靜態(tài)功耗。 CH440 和 CH444 采用 SOP-16 無鉛封裝，CH441 采用 SOP-14 無鉛封裝，兼容 RoHS。CH440引腳功能CH444引腳功能CH

15、441引腳功能電氣參數(shù)應用1. 視頻信號切換CH440、CH444、和CH441的高帶寬和低電阻特性使之比較適用于視頻信號切換，例如從2路或者4路視頻信號源中選擇。由于模擬電路與數(shù)字電路共用VCC和GND,為減少干擾，GND引腳必須接觸良好，VCC引腳必須外接退耦電容，并且建議將數(shù)字輸入信號的邊沿適當放緩，降低傳輸頻率。2. USB 信號切換CH440、CH444、和CH441支持低速、全速或者高速USB信號切換。幾種特殊的模擬開關：1、高頻T型開關2、微型封裝3、ESD保護開關4、故障保護型開關5、加載-感應開關6、校準型多路復用器1、高頻T型開關 T 型開關適用于視頻及其它頻率高于10MH

16、z的應用，如圖所示，它由兩個模擬開關(S1、S3)串聯(lián)組成，另一開關S2 接在地和S1、S3的交點之間，這種結(jié)構(gòu)的開關其關斷隔離高于單個開關，由于寄生電容與每個串聯(lián)開關并聯(lián)，斷開狀態(tài)的T 型開關其容性串擾隨頻率的提高而增大。因此，影響開關高頻特性的關鍵在于開關的斷開狀態(tài)而不是接通狀態(tài)。 當T 型開關導通時，S1 和S3 閉合，S2 斷開;當開關斷開時，S1、S2 斷開，S3 閉合，此時，那些要通過串聯(lián)MOSFET 的寄生電容耦合到輸出端的輸入信號被S3 旁路，斷開狀態(tài)下的10MHz 視頻T 型開關(MAX4545)的關斷隔離達-80dB，而標準模擬開關(MAX312)的關斷隔離度只有-36dB

17、。2、微型封裝 CMOS開關的優(yōu)點還包括小的封裝尺寸，如6腳SOT23開關不含任何機械部件(與舌簧繼電器不同)，Maxim 提供的小型視頻開關(MAX4529)及標準的低電壓SPDT 開關(MAX4544)均采用6 腳SOT23 封裝，供電范圍為2.7V 至12V。另外，Maxim 具有多種如同CD4066 的通用模擬開關，例如新發(fā)布的MAX4610-MAX4612 低成本四模擬開關，其中，MAX4610 引腳兼容于工業(yè)標準的4066，而且能夠工作在更低的電源電壓(低至2V)，具有較高的精度，通道間最大失配電阻為4;平坦度在8以內(nèi)。這些型號有三種不同的開關設置，低導通電阻(5V時小于100)適

18、用于低電壓應用，采用緊湊的14 腳TSSOP 封裝(6.5 x 5.1 x 1.1 mm3)解決了線路板尺寸緊張問題。3、ESD保護開關 基于Maxim 成功的ESD 保護接口產(chǎn)品，15kV ESD 保護電路被引入到某些模擬開關中，新推出的可承受15kV 靜電沖擊的模擬開關完全符合IEC1000-4-2 Level 4 標準，所有模擬輸入通路均經(jīng)過人體模型ESD 檢測和IEC1000-4-2 規(guī)定的空氣間隙放電模式檢驗。 MAX4551-4553 引腳與多種標準開關(如DG201/211 和MAX391 等)兼容，針對多路復用器系列產(chǎn)品，如74HC4051 和MAX4581，Maxim 還研制

19、生產(chǎn)了帶有ESD 保護的多路復用器。在新的設計中，無需再采用昂貴的TranszorbsTM器件對模擬輸入進行保護。4、故障保護型開關 模擬開關的電源電壓限制了輸入信號的范圍，一般情況下，這種限制對模擬開關的使用沒有影響，但在某些應用中，系統(tǒng)斷電時模擬開關的輸入端仍有信號存在，此時，由于輸入信號超出了電源電壓的范圍，將造成開關的永久性損壞。 Maxim 帶有故障保護的新型模擬開關和多路復用器能夠提供25V 的過壓保護，掉電時保護電壓達40V，同時可處理滿電源擺幅信號，并具有較低的導通電阻。故障狀態(tài)下，輸入端被置成高阻態(tài)，與開關狀態(tài)和負載電阻無關，只有nA級的泄漏電流流過信號源。5、加載-感應開關

20、 在過去幾年中，Maxim 推出了一系列新型模擬開關，其中MAX4554-MAX4556 加載-感應型開關，適用于自動檢測設備(ATE)中的Kelvin 檢測。每中型號包含有用于加載電流的低電阻、大電流開關和用于檢測電壓或切換保護線的高阻開關。15V 供電時，電流開關導通電阻僅6，感應開關導通電阻為60，MAX4556內(nèi)置三路SPDT開關。 加載感應開關主要用于高精度系統(tǒng)和遠距離測量系統(tǒng)，在4線測量中，2線為負載加載電壓或電流，其余2線直接與負載感應線連接。2 線系統(tǒng)中，負載電壓感應線與加載線連接到負載的兩端。由于加載電壓或電流會沿線產(chǎn)生壓降，所以負載電壓比信號源電壓略低，負載與信號源間的距離

21、以及負載電流、導通電阻等都將造成負載電壓的衰減。采用4線方式可減小信號衰落，4 線方式中的2 條附加電壓感應線上流過的電流可忽略。新型加載感應開關簡化了許多應用，例如nV級電壓表、飛歐級電阻計等。6、校準型多路復用器 校準型多路復用器(Cal-muxes)主要用于高精度A/D 轉(zhuǎn)換器和自監(jiān)控系統(tǒng)，芯片內(nèi)的組合結(jié)構(gòu)主要包括：從輸入基準電壓產(chǎn)生精密電壓比的模擬開關，高精度電阻分壓器，用于選擇不同輸入的多路復用器。該類器件中，MAX4539 和MAX4540 可用于修正A/D 轉(zhuǎn)換中的兩個主要誤差：失調(diào)誤差與增益誤差。利用內(nèi)部精密的分壓器，在微處理器的串行接口控制下測量增益和失調(diào)電壓，參考比為15/

22、4096 和4081/4096，精確到15 位，對于基準為的A/D轉(zhuǎn)換器，15/4096倍的基準電壓為15mV，二進制數(shù)字輸出為000000001111，為測量失調(diào)誤差，控制器記錄二進制數(shù)000000001111 與ADC 實際輸出之差，用該誤差值對失調(diào)電壓加以修正。為測量增益誤差，校準多路復用器用4081/4096 代替(VREFHI - VREFLO)，微控制器記錄二進制數(shù)與ADC 實際輸出之差，已知ADC 的失調(diào)誤差和增益誤差后，系統(tǒng)軟件可建立修正系數(shù)，調(diào)節(jié)后續(xù)輸出到修正值。模擬開關選型手冊.pdf模擬開關選型.pdf三、模擬開關集成電路的應用圖示出數(shù)字控制電阻網(wǎng)絡電阻值大小的電路。在圖

23、中,CD4066的四個獨立開關分別并接在四個串接電阻上,電阻的值是按二進制位權(quán)關系選擇的。當某個開關接通時,并接在該開關上的電阻被短路,此處假設該電阻阻值R=RON（RON為模擬開關的導通電阻）;當某個開關斷開時,電阻兩端阻值仍保持原阻值不變,此處假設該電阻阻值R=ROFF（ROFF為模擬開關斷開時的電阻）。四個開關的控制端由四位二進制數(shù)A、B、C、D控制,因此,在A、B、C、D端輸入不同的四位二進制數(shù),可控制電阻網(wǎng)絡的電阻變化,并從其上獲得216種不同的電阻值。按圖所給的電阻值,該電阻網(wǎng)絡所對應的16種阻值列于表中。1.數(shù)控電阻網(wǎng)絡圖3.1 數(shù)控電阻網(wǎng)絡輸入二進制數(shù)電阻值(M)DCBA000

24、03.7500013.5000103.2500113.0001002.7501012.5001102.2501112.0000001.7510011.5010101.2510111.0011000.7511010.5011100.2511114RON2k2.單按鈕音量控制器單按鈕音量控制器電路見圖。VMOS管VT1作為一個可變電阻并接在音響裝置的音量電位器輸出端與地之間。VT1的D極和S極之間的電阻隨VGS成反比變化,因此控制VGS就可實現(xiàn)對音量大小的控制。VT1的G極接有3個模擬開關S1S3和一個100F的電容,其中100F電容起電壓保持作用。由于VMOS管的G極和S極之間的電阻極高,故10

25、0F電容上的電壓可長時間基本保持不變。模擬開關S1為電容提供充電回路,當S1導通時,電源通過S1給電容充電,電容上電壓不斷增高,使VT1導通電阻越來越小,使音量也越來越小。模擬開關S2為電容提供放電回路,當S2導通時,電容通過S2放電,電容上電壓不斷下降,使音量越來越大。模擬開關S3起開機音量復位作用,開機時,電源在S3控制端產(chǎn)生一短暫的正脈沖,使S3導通,由于與S3連接的電阻較小,故使電容很快充到一定的電壓,使起始音量處于較小的狀態(tài)。F1F6及其外圍元件組成長短脈沖識別電路。靜態(tài)時,F1、F2輸入為高電平,當較長時間按壓按鈕開關AN時,F4輸出變高,經(jīng)100k電阻給電容充電,當充電電壓超過CMOS門轉(zhuǎn)換電壓時,F5輸出由高變低,F6輸出由低變高,模擬開關S2導通,100F電容放電,音量變大。與此同時,F1輸出也變高,也給電容充電,但F1輸出的一次正跳變不足以使電容上電壓超過轉(zhuǎn)換電壓,故F2輸出仍為高電平,F3輸出低電平,模擬開關S1保持截止。當連續(xù)按動按鈕開關AN時,F4輸出也不斷變化,輸出為高時,給電容充電,而輸出變低時,電容又很快通過二極管VD3放電,故電容上電壓總是達不到轉(zhuǎn)換電壓,因此F6輸出一直為低。而此時F1輸出連續(xù)高低變化,經(jīng)二極管整流不斷給