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選型絕招:教你選擇“合適”的CMOS模擬開關(guān)

發(fā)布時間:2014-02-11 責任編輯:sherryyu

【導讀】如今集成式模擬開關(guān)提供了更好的開關(guān)特性、更低及更高的電源電壓,以及應用相關(guān)的設(shè)計。無論是性能指標還是特殊功能都可提供多種選擇,這使得CMOS模擬開關(guān)的選擇困難重重,本文將為你介紹當今可供使用的多種模擬開關(guān)的基礎(chǔ)知識,堪稱設(shè)計指南,讓有經(jīng)驗的產(chǎn)品設(shè)計人員帶你挑選到最合適的開關(guān)產(chǎn)品。

集成模擬開關(guān)常常用作模擬信號與數(shù)字控制器的接口。當今市場上的模擬開關(guān)數(shù)量眾多,產(chǎn)品設(shè)計人員需要考慮多項性能標準。同時也有許多35年前開發(fā)的標準CMOS開關(guān)已經(jīng)發(fā)展為專用的開關(guān)電路。

本文回顧標準CMOS模擬開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)并介紹常見模擬開關(guān)參數(shù),例如導通電阻(RON)、RON平坦度、漏電流、電荷注入及關(guān)斷隔離。文中討論最新模擬開關(guān)的性能改善:更好的開關(guān)特性、更低的供電電壓,以及更小的封裝。也介紹了專用的特性,例如故障保護、ESD保護、校準型多路復用器(cal-mux)和加載-感應功能。介紹了適用于視頻、高速USB、HDMI和PCIe的專用開關(guān)。

標準模擬開關(guān)基礎(chǔ)

 傳統(tǒng)模擬開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。將n溝道MOSFET與p溝道MOSFET并聯(lián),可使信號在兩個方向上同等順暢地通過。n溝道與p溝道器件之間承載信號電流的多少由輸入與輸出電壓比決定。由于開關(guān)對電流流向不存在選擇問題,因而也沒有嚴格的輸入端與輸出端之分。兩個MOSFET由內(nèi)部反相與同相放大器控制下導通或斷開。這些放大器根據(jù)控制信號是CMOS或是TTL邏輯、以及模擬電源電壓是單或是雙,對數(shù)字輸入信號進行所需的電平轉(zhuǎn)換。

采用并聯(lián)n溝道和p溝道MOSFET的典型模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1. 采用并聯(lián)n溝道和p溝道MOSFET的典型模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在,許多半導體制造商都提供諸如早期CD4066這樣的傳統(tǒng)模擬開關(guān)。有些最新設(shè)計的模擬開關(guān)與這些早期開關(guān)的引腳兼容,但性能更高。例如,有些與CD4066引腳兼容的器件(例如MAX4610)相對于原來的CD4066具有更低的RON和更高的精度。

對基本模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)也有一些功能性改變。有些低電容模擬開關(guān)在信號通路中只使用n溝道MOSFET(例如MAX4887),省去了較大的大幅降低模擬開關(guān)帶寬的p溝道MOSFET。

其它采用單個正電源軌工作的模擬開關(guān)采用電荷泵,允許負信號電壓。例如,MAX14504音頻開關(guān)工作在+2.3VCC至+5.5VCC單電源,采用內(nèi)部電荷泵,允許-VCC至+VCC的信號無失真通過。除功能改善外,工業(yè)上許多最新模擬開關(guān)的封裝比早期的器件更小。
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導通電阻(RON)開關(guān)降低信號損耗

在VIN為各種電平條件下,p溝道和n溝道RON的并聯(lián)值形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)的RON特征(圖2)。RON隨VIN的變化曲線在不考慮溫度、電源電壓和模擬輸入電壓對RON影響的情況下為直線。為使信號損耗和傳輸延遲最小,理想情況下的RON應盡量小。然而,降低RON將增大MOSFET硅片的寬度/長度(W/L)比,從而造成較高的寄生電容和較大的硅片面積。這種較大的寄生電容降低模擬開關(guān)的帶寬。如果不考慮W和L,RON是電子和空穴遷移率(μn和μp)、氧化物電容(COX)、門限電壓(VT)及信號電壓、n溝道及p溝道MOSFET的信號電壓VGS (VIN)的復合函數(shù),如式1a和1b所示。

將RON和寄生電容最小化,同時改善整個溫度和電壓范圍內(nèi)RON相對于VIN的線性度,往往是設(shè)計新產(chǎn)品的首要目的。

RON與VIN的關(guān)系。圖1中的n溝道和p溝道RON構(gòu)成一個復合的低值RON

圖2. RON與VIN的關(guān)系。圖1中的n溝道和p溝道RON構(gòu)成一個復合的低值RON

早期的模擬開關(guān)工作于±20V電源電壓,導通電阻RON為幾百歐姆。最新改進達到了最大0.5Ω的RON,供電電壓低得多。電源電壓對RON的影響很大(圖3A),施加的信號也會明顯影響RON (圖3B)。本例中,MAX4992信號和電源電壓為1.8V至5.5V,RON在較低電源電壓時增大(圖3A)。MAX4992采用單電源時達到了非常低的RON及RON平坦度(1mΩ)。圖3B為新、舊模擬開關(guān)的比較,電源為5V。

圖3A. 較高電源電壓下RON較低。圖為MAX4992(單電源)RON與VCOM的關(guān)系

圖3A. 較高電源電壓下RON較低。圖為MAX4992(單電源)RON與VCOM的關(guān)系

新、舊模擬開關(guān)的RON比較

圖3B. 新、舊模擬開關(guān)的RON比較

為單電源系統(tǒng)選擇模擬開關(guān)時,盡量選擇專門針對單電源設(shè)計的器件。此類器件無需單獨的V-和地引腳,因而可節(jié)省一個引腳。引腳上的經(jīng)濟性意味著單刀雙擲(SPDT)開關(guān)(例如MAX4714)可采用小型6引腳、1.6mm2、μDFN封裝。

許多高性能模擬系統(tǒng)仍然使用較高電平的雙極性電源,例如±15V或±12V。與這些電壓接口時需要額外的一個電源引腳,通常稱為邏輯電源電壓(例如MAX14756)。該引腳(VL)連接至系統(tǒng)邏輯電壓,通常是1.8V或3.3V。
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信號處理設(shè)計

圖3A還給出了RON值隨信號電壓的變化情況。圖中曲線都落在特定的電源電壓范圍之內(nèi),這是因為未集成內(nèi)部電荷泵的典型模擬開關(guān)只能處理電源電壓范圍之內(nèi)的模擬信號電平。對于沒有保護的模擬開關(guān),過高或過低電壓的輸入將在芯片內(nèi)部的二極管網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生失控的電流,造成開關(guān)永久損壞。通常這些二極管能夠保護開關(guān)抵抗高達±2kV的短時間靜電放電(ESD)。(參見下文中的ESD保護開關(guān)部分)。

模擬開關(guān)的RON會造成信號電壓的線性衰減,衰減量正比于流過開關(guān)的電流。根據(jù)應用及電流大小的不同,可能需要考慮這種電壓變化。

需要考慮的另外兩個重要參數(shù)是通道匹配度和RON平坦度。通道間的匹配度說明同一器件各通道RON的差異;RON平坦度是指某一通道的RON在信號范圍內(nèi)的變化量。匹配度/RON或平坦度/RON的比值越小,則模擬開關(guān)的精度越高。這兩個參數(shù)的典型值分別為0.1Ω至5Ω。有些開關(guān)是專門針對低通道匹配度和平坦度設(shè)計的。例如,MAX4992的通道匹配度可達到3mΩ,RON平坦度可達到1mΩ。MAX14535E具有非常好的RON、通道匹配度和RON平坦度指標,理想用于交流耦合音頻或視頻便攜式設(shè)備,可處理低至-1.5V的負信號擺動。

大多數(shù)應用中,可以通過修改電路設(shè)計防止過大的開關(guān)電流。例如,您可能希望通過在不同反饋電阻間切換來改變運算放大器的增益,這種情況下最好選擇采用高阻輸入與開關(guān)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)(圖4A)。此時,由于開關(guān)電流較小,RON值及其溫度系數(shù)可忽略不計。然而,圖4B所示的設(shè)計中,開關(guān)電流取決于輸出電壓,因此其值較大,就不太理想。

增益控制電路設(shè)計的好(A)或壞(B)取決于流過開關(guān)的電流大小

圖4. 增益控制電路設(shè)計的好(A)或壞(B)取決于流過開關(guān)的電流大小
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音頻開關(guān)和先斷后合功能

 所有音頻系統(tǒng)中的一項主要性能要求是消除瞬態(tài)脈沖通過揚聲器負載放電引起的可聞咔嗒/噼噗聲。這些瞬態(tài)通常發(fā)生在電源打開和關(guān)閉期間(導通和關(guān)斷時間,tON和tOFF)。無論設(shè)備在工作期間的音頻質(zhì)量如何,如果在系統(tǒng)每次打開或關(guān)閉時發(fā)出噪雜的咔嗒聲,用戶往往會認為該音頻設(shè)備的質(zhì)量比較差。通過延長模擬開關(guān)的tON和tOFF,可消除可聞咔嗒/噼噗聲。這減小了通過揚聲器負載進行放電的瞬態(tài)脈沖。大多數(shù)模擬開關(guān)的tON和tOFF從低至15ns到高達1μs不等,但有些“無雜音”開關(guān)可達到毫秒級。

有些無雜音開關(guān)使用旁路開關(guān)和先斷后合功能消除咔嗒聲。在使用MAX4744的音頻應用中,利用內(nèi)部旁路開關(guān)對輸入處的電容放電。這可防止瞬態(tài)電壓進入揚聲器。先斷后合功能保證開關(guān)在切換至另一連接之前首先斷開之前的連接,要求tON > tOFF。有些設(shè)計則要求開關(guān)先合后斷,此時tOFF > tON。例如,圖4A中的電路在兩種增益之間切換時必須謹慎。改變增益時,避免使兩個開關(guān)同時處于打開狀態(tài)非常重要;第二個開關(guān)必須在第一個開關(guān)開路之前閉合。否則,運算放大器會采用開關(guān)增益,其輸出將被驅(qū)動至電源電壓。

信號電平變化會引起RON變化,造成開關(guān)的插入損耗變化,這會增大模擬開關(guān)的總諧波失真(THD)。以RON平坦度為10Ω的100Ω開關(guān)為例,當負載為600Ω時,開關(guān)將產(chǎn)生1.67%的THDMAX。THD是許多應用中的關(guān)鍵參數(shù),表示通過開關(guān)的信號質(zhì)量或保真度。THD的定義為全部諧波分量的平方和的平方根與基波分量之比(式2a)。用式2b計算最大THD。圖5所示為不同開關(guān)的THD比較。

所示為不同開關(guān)的THD比較
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低RON及管理電荷注入效應

并非所有應用都要求低RON。然而,當應用需要較低RON,需要考慮多項設(shè)計要求。電路所需的芯片面積更大,設(shè)計將引入更大的輸入電容,每個開關(guān)周期對輸入電容進行充電和放電需要消耗更大功率。該輸入電容的充電時間取決于負載電阻(R)和電容(C),其時間常數(shù)由t = RC決定。充電時間通常為幾十納秒,但高RON開關(guān)具有較短的tON和tOFF周期。有些模擬開關(guān)以相同的封裝類型和引腳排列提供不同的RON/輸入電容組合。MAX4501和MAX4502具有相對較高的RON,tON/tOFF較短;MAX4514和MAX4515具有較低的RON,但開關(guān)時間較長。

低RON還具有另一負面效應:較高的容性柵極電流引起較高的電荷注入。每次開關(guān)導通或斷開瞬間都有一定數(shù)量的電荷被注入或吸出模擬通道(圖6A)。對于輸出連接至高阻的開關(guān),這種效應將引起輸出信號的明顯改變。在一個沒有其它負載的小分布電容(CL)上產(chǎn)生ΔVOUT的變化量,那么注入電荷可按公式Q = ΔVOUTCL計算。跟蹤和保持放大器提供了一個很好的實例,在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換期間用它來保持一個恒定的模擬輸出(圖6B)。閉合S1時,一個比較小的緩沖器電容(C)被充電至輸入電壓(VS)。電容C只有幾個pF,當S1斷開時,VS保存在C上。在轉(zhuǎn)換開始時閉合S2,將保持電壓(VH)加載至緩沖器。這樣,在整個ADC的轉(zhuǎn)換周期內(nèi),高阻緩沖器保持VH恒定。對于比較短的采集時間,跟蹤和保持器的電容必須小,而且S1的RON要小。注意,此外,電荷注入會造成VH改變±ΔVOUT(幾個毫伏),因此會影響到后面ADC的精度。

 來自于開關(guān)控制信號的電荷注入造成模擬輸出電壓誤差

圖6A. 來自于開關(guān)控制信號的電荷注入造成模擬輸出電壓誤差

ADC中的典型跟蹤和保持功能需要精密控制的模擬開關(guān)

圖6B. ADC中的典型跟蹤和保持功能需要精密控制的模擬開關(guān)
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漏電流及其對電壓誤差的影響

漏電流影響模擬開關(guān)的輸出電壓。圖7和8所示為模擬開關(guān)打開和關(guān)閉階段的簡化小信號模型。這兩種情況下,大部分漏電流通過內(nèi)部寄生二極管,影響輸出電壓誤差。漏電流還是溫度的函數(shù),每10℃大約翻一倍。ESD保護二極管(例如故障保護開關(guān)中)增大漏電流。

開關(guān)開路的等效電路圖

圖8. 開關(guān)開路的等效電路圖。

利用式3計算導通狀態(tài)的輸出電壓,輸出電壓是漏電流、RON、在所施加輸入信號范圍內(nèi)RON的變動、負載電阻及源電阻的函數(shù)。對于雙向模擬開關(guān),Ilkg等于IS或ID (圖7和8所示),取決于開關(guān)的漏極還是源極側(cè)配置為輸出。

開關(guān)開路的等效電路圖

關(guān)斷狀態(tài)下的輸出電壓主要受漏電流影響,由式VOUT = Ilkg × RL計算。

許多IC的數(shù)據(jù)資料給出了最差情況的導通/關(guān)斷漏電流:當信號電壓接近電源電壓限值時,造成寄生二極管向基片注入較高電流,導致電流流入相鄰通道。
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視頻和高頻開關(guān)的特殊要求

 RON和寄生電容之間的平衡對視頻信號非常重要。RON較大的傳統(tǒng)模擬開關(guān)需要額外增益級來補償插入損耗。同時,低RON開關(guān)具有較大寄生電容,減小了帶寬,降低視頻質(zhì)量。低RON開關(guān)需要輸入緩沖器,以維持帶寬,但是這會增加元件數(shù)量。

采用只有n溝道的開關(guān)可提高帶寬,同時寄生元件和封裝尺寸變得更小,從而允許單位面積上具有更多開關(guān)。然而,n溝道開關(guān)容易受滿擺幅工作的限制。當施加的視頻信號超過這些限值時,輸出將箝位,造成視頻信號失真。選擇n溝道開關(guān)時,確保開關(guān)的規(guī)定限值足以通過滿幅輸入信號。

在一個監(jiān)視器顯示來自于多個源的視頻應用中,如安保和監(jiān)視系統(tǒng),關(guān)斷隔離和串擾是關(guān)鍵參數(shù)。開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時,來自于所加輸入信號的饋通總量決定關(guān)斷隔離。較高頻率時,通常為視頻和VHF應用,視頻通過漏源電容(CDS)耦合,降低關(guān)斷隔離。與開關(guān)相關(guān)的較高電路阻抗也會降低關(guān)斷隔離。

T型開關(guān)拓撲適用于視頻或高于10MHz的頻率,它包括兩個串聯(lián)的模擬開關(guān),以及第三個連接在它們公共點與地之間的開關(guān)(圖9a)。這種安排能夠提供比單個開關(guān)更高的關(guān)斷隔離。由于寄生電容與串聯(lián)開關(guān)中的每個開關(guān)并聯(lián)(圖9a),關(guān)斷的T型開關(guān)的容性串擾一般隨頻率的升高而增大。多通道開關(guān)中,通道之間的寄生電容將信號容性耦合至相鄰通道,進而增大串擾。

 圖9A所示的T型開關(guān)導通時,S1和S2閉合,S3斷開;T型開關(guān)關(guān)斷時,S1和S2斷開,S3閉合。這種關(guān)斷狀態(tài)下,通過串聯(lián)MOSFET的CDS的耦合信號被S3旁路到地。T型開關(guān)(例如MAX4545)與標準模擬開關(guān)(例如MAX312)對于10MHz信號的關(guān)斷隔離差異明顯:-80dB相對于-36dB (圖9B)。

最后,您可考慮緩沖與無緩沖視頻開關(guān)。作為無源視頻開關(guān),標準視頻開關(guān)可能需要額外電路1;而集成方法是作為有源視頻開關(guān),將開關(guān)和緩沖器集成在一個封裝內(nèi),降低信號干擾。集成的復用器-放大器(例如MAX4310)具有很強的關(guān)斷隔離功能,可用于高頻應用。

 用于射頻的T型開關(guān)結(jié)構(gòu)

圖9A. 用于射頻的T型開關(guān)結(jié)構(gòu)

標準開關(guān)(MAX312)與視頻開關(guān)(MAX4545, MAX4310)的關(guān)斷隔離-頻率關(guān)系的比較

圖9B. 標準開關(guān)(MAX312)與視頻開關(guān)(MAX4545, MAX4310)的關(guān)斷隔離-頻率關(guān)系的比較
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ESD保護開關(guān)

ESD保護是大多數(shù)模擬開關(guān)應用的一項重要特性。標準模擬開關(guān)的設(shè)計可提供高達±2kV的保護。設(shè)計者可增加額外的ESD保護能力,但這將占用寶貴的電路板面積,并增加輸入/輸出線上的電容。然而,現(xiàn)在設(shè)計的有些開關(guān)具有內(nèi)部二極管,可承受高達±15kV的ESD。這些開關(guān)采用人體模式(±15kV)及IEC 61000-4-2標準規(guī)定的接觸(典型值為±8kV)及氣隙放電(±15kV)法測試2。

用于高達±36V過壓保護的故障保護開關(guān)

模擬開關(guān)的電源軌限制了允許的輸入信號電壓范圍。(參見上文中的信號處理設(shè)計部分)。如果輸入信號超過電源軌,器件會鎖定或永久損壞。通常情況下,這種限制不是問題;但在有些情況下,模擬開關(guān)的電源關(guān)斷時輸入信號仍然存在。(如果系統(tǒng)電源排序造成輸入信號早于電源電壓出現(xiàn),就會發(fā)生這種情況)。瞬時超出正常電源電壓范圍也會造成鎖定或永久損壞。新故障保護開關(guān)和多路復用器能夠保證±36V的過壓保護、±40V的掉電保護、滿幅信號控制能力以及和一般開關(guān)相近的低RON。無論開關(guān)狀態(tài)或負載電阻如何,故障條件期間保證輸入引腳為高阻,只有納安級的漏電流流過信號源。

圖10所示為故障保護模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果開關(guān)(P2或N2)是導通的,COM輸出被兩個內(nèi)部“后援”FET鉗位于電源電壓。這樣,COM輸出保持在電源范圍之內(nèi),并根據(jù)負載大小提供最多±13mA的電流,但在NO/NC引腳沒有明顯電流。值得一提的是,信號可以同樣容易地從ESD和故障保護模擬開關(guān)的任意方向通過,但這些故障保護只在輸入一側(cè)有效3。

該內(nèi)部結(jié)構(gòu)表示故障保護模擬開關(guān)的特殊電路

圖10. 該內(nèi)部結(jié)構(gòu)表示故障保護模擬開關(guān)的特殊電路

許多雙電源軌模擬開關(guān)要求先加正電源,然后再加負電源,以防鎖定或損壞。如果是這種情況,可采用不要求電源排序的開關(guān),例如多路復用器MAX14752。MAX14752與行業(yè)標準DG408/DG409的引腳兼容,輸入處的內(nèi)部二極管為開關(guān)提供過壓/欠壓保護。
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加載-感應開關(guān)影響系統(tǒng)精度

電壓和電流測量系統(tǒng)中的接線方法多種多樣,這些接線方法稱為2線、3線及4線系統(tǒng),其精度和復雜度各不相同。圖11所示的2線系統(tǒng)用于高精度不是首要因素的情況。這種方法在加載線的源端測量負載電壓。負載電壓會明顯低于源電壓,這是因為如果流過導線電阻的加載電流較大,線路上會發(fā)生電壓降。較長的導線、較大的負載電流以及較高的線阻抗都會造成這種電壓降,并產(chǎn)生明顯的測量誤差。3線系統(tǒng)改善了精度,但采用4線加載-感應技術(shù)可獲得最佳結(jié)果。

高精度不是特別關(guān)鍵時,使用2線測量系統(tǒng)

圖11. 高精度不是特別關(guān)鍵時,使用2線測量系統(tǒng)

4線加載-感應技術(shù)(圖12)利用兩根線加載電壓或電流,使用另外兩根線直接連接在負載兩端來測量負載電壓。有些模擬加載-感應開關(guān)在相同的封裝內(nèi)提供不同類型的開關(guān)。例如,MAX4554系列器件可以配置為加載-感應開關(guān),用于自動測試設(shè)備(ATE)中的開爾文檢測。每款器件含有用于加載電流線的大電流低阻開關(guān),以及用于檢測電壓或切換保護信號的較高電阻開關(guān)。±15V供電時,大電流開關(guān)的RON僅為6Ω,感應開關(guān)的RON為60Ω。加載-感應開關(guān)適合于高精度測量系統(tǒng),例如納伏和飛安表。加載感應開關(guān)簡化了許多應用,例如在一個4線系統(tǒng)中,一個信號源在兩個負載間的切換,如圖13所示。

. 使用MAX4555將4線加載-感應電路從一個源切換至兩個負載

圖13. 使用MAX4555將4線加載-感應電路從一個源切換至兩個負載

 用于多通道應用的多路復用器和交叉點開關(guān)

多路復用器(復用器)是特殊形式的模擬開關(guān),其中的兩路或多路輸入被有選擇地連接至單路輸出。復用器可以是單個SPDT開關(guān),或者許多可選通道的多種組合(圖14)。高階復用器的數(shù)字控制類似于二進制解碼器,需要使用數(shù)字輸入選擇相應的通道(例如,對于8通道復用器,需要三個數(shù)字輸入)。

多路輸出選擇器基本上是復用器的反向用法,即根據(jù)解碼的地址數(shù)據(jù)將一個輸入連接至兩個或多個輸出。許多復用器可用作多路輸出選擇器。

低壓多路復用器(上)和中壓多路復用器(下)的配置

圖14. 低壓多路復用器(上)和中壓多路復用器(下)的配置

交叉點開關(guān)用于音頻/視頻路由、視頻點播、安保和監(jiān)視系統(tǒng)。交叉點開關(guān)通常是M x N型器件,M路輸入中的任意一路或全部輸入可以連接至N路輸出中的任意一路或全部輸出(反之亦然)。這些器件能夠?qū)崿F(xiàn)較大的陣列4。
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校準型多路復用器修正ADC失調(diào)和增益誤差

校準型多路復用器(cal-mux)主要用于高精度ADC和其它自監(jiān)測系統(tǒng)。一個封裝內(nèi)部集成了多個不同元件:用于從輸入基準電壓產(chǎn)生精確電壓比的模擬開關(guān)、內(nèi)部高精度電阻分壓器、以及選擇不同輸入的多路復用器。

Cal-mux可用于修正ADC系統(tǒng)中的兩個主要誤差:失調(diào)和增益誤差。利用內(nèi)部精密分壓器,這些器件在微控制器串行接口控制下,只需幾個步驟即可測出增益和失調(diào)。知道ADC的失調(diào)和增益誤差后,系統(tǒng)軟件可建立修正系數(shù),對后續(xù)輸出進行修正后便可得到正確讀數(shù)。校準型多路復用器接下來就可作為一個普通的多路復用器使用,但具有周期性地對系統(tǒng)進行校準的功能5。

 USB開關(guān)實現(xiàn)系統(tǒng)通信

通用串行總線(USB)是一種高速接口,使設(shè)備能夠通過標準接口進行通信,也可用于從USB主機為從機設(shè)備供電。多個USB設(shè)備可連接至一臺計算機,采用模擬開關(guān)將USB信號切換至不同設(shè)備6。大多數(shù)的最新USB應用也要求通過USB接口為便攜設(shè)備充電7。USB 2.0規(guī)范適用于高速信號,要求高帶寬/低電容的模擬開關(guān),如MAX14531E。

HDMI開關(guān)實現(xiàn)數(shù)字音頻、視頻信號

 高清晰度多媒體接口(HDMI)是一種高速接口,用于傳輸無壓縮數(shù)字音頻/視頻信號。這種接口可實現(xiàn)高清TV (HDTV)、DVD播放機及其他HDMI兼容設(shè)備與PC、筆記本電腦及平板電腦的互連。

HDMI包括四對低壓差分信號(LVDS)線,用于紅、綠、藍(RGB)視頻通道和專用時鐘信號。理想HDMI開關(guān)包括四個1:2或2:1差分線對開關(guān),采用n溝道結(jié)構(gòu),以實現(xiàn)低電容和RON(例如MAX4886)8。

Display端口和PCIe開關(guān)提高點對點連接性能

外設(shè)組件互連(PCI)擴展是一種串行接口(PCI Express接口),能夠使圖形加速端口(AGP)應用實現(xiàn)更高性能。PCI Express開關(guān)能夠與單個或多個總線的不同信號源進行互聯(lián)。PCI Express開關(guān)的常見應用為切換display端口圖像、PC和筆記本電腦擴展卡接口及服務(wù)器。

有些PCI Express開關(guān)設(shè)計用于在兩個可能的目標之間切換數(shù)據(jù)。例如,MAX4928A和MAX4928B支持在圖形內(nèi)存控制器中心(GMCH)和display端口或PCIe連接器之間切換信號9。

 用于工業(yè)和醫(yī)療應用的高壓開關(guān)

高壓(HV)模擬開關(guān)理想用于多種工業(yè)和醫(yī)療應用。例如,超聲應用中,將高壓脈沖(±100V)施加到傳感器以產(chǎn)生超聲波。為了在傳感器和主系統(tǒng)之間切換這些脈沖,就需要HV模擬開關(guān)。這些開關(guān)通常在整個輸入范圍內(nèi)具有低導通電容和相當平坦的RON。HV開關(guān)通常具有低電荷注入指標,以避免雜散傳輸和相關(guān)的圖像偽影。許多HV開關(guān)器件可通過SMBus或SPI接口進行編程10, 11。

綜上所述:

本文實際上是一份設(shè)計指南,介紹了當今可供使用的多種模擬開關(guān)的基礎(chǔ)知識。隨著最近技術(shù)的進步,集成式模擬開關(guān)提供了更好的開關(guān)特性、更低及更高的電源電壓,以及應用相關(guān)的設(shè)計。無論是性能指標還是特殊功能都可提供多種選擇,有經(jīng)驗的產(chǎn)品設(shè)計人員可以根據(jù)具體的應用挑選到合適的開關(guān)產(chǎn)品。

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