模拟多路开关-MOSFET.

第三章数据采集技术模拟多路转换器3.3模拟多路开关3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标3.3.3多路开关集成芯片3.3.4多路开关的电路特性3.3.5多路开关的配置3.3.6模拟多路开关的应用3.3.1概述第三章数据采集技术模拟多路转换器3.3.1概述多路开关：在多路被测信号共用一路A/D转换器的数据采集系统中，用来将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。四选一多路开关D0D1D2D3A1A2Y多路开关：第三章数据采集技术模拟多路转换器机电式：用于大电流、高电压，低速切换场所；电子式：用于小电流、低电压，高速切换场所。类型：机电式：电子式：电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。3.3.1概述多路开关：第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：BECNPNBECPNP场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)双极型晶体管3.3.1概述多路开关：集成电路开关第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)3.3.1概述多路开关：集成电路开关第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)3.3.1概述多路开关：集成电路开关GSDGSDGSDGSDN沟道耗尽型P沟道耗尽型N沟道增强型P沟道增强型绝缘栅型场效应管第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)3.3.1概述多路开关：集成电路开关PMOS和NMOS结合可以构成CMOS(互补对称MOS：ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体)CMOS型场效应管开关的优点：导通电阻RON随信号电压变化波动小；信号电压RONNMOSPMOSCMOS第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)3.3.1概述多路开关：集成电路开关PMOS和NMOS结合可以构成CMOS(互补对称MOS：ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体)CMOS型场效应管开关的优点：开关接通时间短，小于100ns；功耗低；工作电压范围宽抗干扰能力强温度稳定性能好易于和驱动电路集成第三章数据采集技术模拟多路转换器双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：场效应晶体管开关结型绝缘栅型(MOS)3.3.1概述多路开关：集成电路开关集成电路开关是将场效应管、地址计数器、译码器及控制电路等集成制造在一块芯片上而构成的器件。特点：除了具有场效应管的特性之外，还具有体积小、使用方便等优点。第三章数据采集技术模拟多路转换器3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理双极型晶体管开关其工作原理如下：设选择第1路模拟信号。则令通道控制信号UC1=0，晶体管T1′截止，集电极为高电平，晶体管T1导通，输入信号电压Ui1被选中。+15V+15VT1T1T8T8...通道选择1通道选择8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模拟信号1模拟信号8双极型晶体管开关电路VDD同理，当令通道控制信号UC2=0时，则选中第2路模拟信号，UO=Ui2。……第三章数据采集技术模拟多路转换器3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理双极型晶体管开关+15V+15VT1T1T8T8...通道选择1通道选择8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模拟信号1模拟信号8双极型晶体管开关电路VDD注意：在控制信号UC1～UC8中不能同时有两个或两个以上为0。优点：开关速度快。缺点：电流控制器件，功耗大，集成度低，一个方向传送信号。漏电流大，开路电阻小，导通电阻大。第三章数据采集技术模拟多路转换器场效应管开关①结型场效应管开关工作原理如下：设选择第1路信号。则令通道控制信号UC1=1，开关控制管T1′导通，集电极为低电平，场效应管T1导通，UO=Ui1。当UC1=0时，T1′截止，T1也截止，第1路输入信号被切断。3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理其他各路操作与第一路相同。...T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道选择1通道选择8UoR1828R11R21R结型场效应管多路开关VDDVDD第三章数据采集技术模拟多路转换器场效应管开关①结型场效应管开关3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理...T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道选择1通道选择8UoR1828R11R21R结型场效应管多路开关VDDVDD优点：开关切换速度快，导通电阻小，可两个方向传送信号。缺点：为分立元件，需专门的电平转换电路驱动，使用不方便。第三章数据采集技术模拟多路转换器场效应管开关②绝缘栅场效应管开关3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理其工作原理与结型场效应管多路开关类似。+4V+4V-20V-20VT1T1T8T8R11R21R18R28UoUi1UC1Ui8UC8...绝缘栅场效应管多路开关优点：开关切换速度快，导通电阻小，且随信号电压变化波动小；易于和驱动电路集成。缺点：衬底要有保护电压，P沟道加正电压，N沟道加负电压。第三章数据采集技术模拟多路转换器集成电路开关3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理1231516......四-十六线译码器四位计数器T1T2T3T15T16U0Ui3Ui2Ui1Ui15i16U计数23222120............集成多路开关工作原理如下：设选择第1路信号。则计算机输出一个4位二进制码，把计数器置成0001状态，经四-十六线译码器后，第1根线输出高电平，场效应管T1导通，UO=Ui1，选中第1路信号。如果要连续选通第1路到第3路的信号，可以在计数器加入计数脉冲，每加入一次脉冲，计数器加1，状态依次变为0001，0010，0011。第三章数据采集技术模拟多路转换器2.多路开关的主要指标RON：导通电阻；3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的导通电阻RON（一般为数10Ω至1kΩ左右）比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级）大得多，对自动数据采集的信号传输精度或程控制增益放大的增益影响较明显。而且RON随电源电压高低、传输信号的幅度等的变化而变化，因而其影响难以进行后期修正。实践中一般是设法减小RON来降低其影响。以CD4051为例，测试发现：CD4051的RON随电源电压和输入模拟电压的变化而变化。当VDD=5V、VEE=0V时，RON=280Ω，且随Vi的变化突变；当VDD10V、VEE=0V时，RON=100Ω，且随Vi的变化缓变。可见，适当提高CD4051的VDD有利于减小RON的影响。第三章数据采集技术模拟多路转换器2.多路开关的主要指标RON：导通电阻；RONVS：导通电阻温度漂移；IC：开关接通电流；IS：开关断开时的泄漏电流；CS：开关断开时，开关对地电容；COUT：开关断开时，输出端对地电容；tON：选通信号EN达到50%这一点时到开关接通时的延迟时间；tOFF：选通信号EN达到50%这一点时到开关断开时的延迟时间；tOPEN：开关切换时间，即当两个通道均为断开时，开关从一个通道的接通状态转到另一个通道的接通状态并达到稳定所用的时间。3.3.2多路开关的工作原理及主要技术指标第三章数据采集技术模拟多路转换器1.无译码器的多路开关芯片中无译码器，四个通道开关都有各自的控制端。AD7510芯片:3.3.3多路开关集成芯片12345678910111213141516S1S2S3S4D1A1A2D2D3A3D4A4USSUDDGNDNC优点：每一个开关可单独通断，也可同时通断，使用方式比较灵活。缺点：引脚较多，使得片内所集成的开关较少。当巡回检测点较多时，控制复杂。第三章数据采集技术模拟多路转换器TL182C，AD7510，AD7511，AD7512，CD4066，TS12A44513，TS3A4741，TS3A24159，……3.3.3多路开关集成芯片1.无译码器的多路开关RON0.3ΩTS12A44513芯片CD4066芯片第三章数据采集技术模拟多路转换器2.有译码器的多路开关AD7501（AD7503）3.3.3多路开关集成芯片AD7501（AD7503）芯片结构及引脚功能...电平转换译码驱动OUTENA1A2A0S8S1USSUDD(-15V)(+15V)地12345678910111213141516A1GNDENA2S8S1S23S5S6S4S7SOUTUDDUSSA0AD7501...片上所有逻辑输入与TTL／DTL及CMOS电路兼容。第三章数据采集技术模拟多路转换器AD7501真值表2.有译码器的多路开关AD7501（AD7503）3.3.3多路开关集成芯片A2A1A0EN导通00001111×00110011×01010101×11111111012345678无AD7503除EN端的控制逻辑电平相反外,其它与AD7501相同。第三章数据采集技术模拟多路转换器2.有译码器的多路开关AD75023.3.3多路开关集成芯片电平转换ENA1A0UDD(+15V)12345678910111213141516A1GNDENS8S1S23S5S6S4S7SOUTUDDUSSA0AD7502OUT(1~4)(5~8)......译码驱动OUTS8S1USS(-15V)地SS45OUTAD7502芯片结构及引脚功能第三章数据采集技术模拟多路转换器AD7502真值表2.有译码器的多路开关AD75023.3.3多路开关集成芯片A1A0EN导通0011×0101×111101和52和63和74和8无AD7501，AD7502，AD7503芯片都是单向多到一的多路开关，即信号只允许从多个(8个)输入端向一个输出端传送。第三章数据采集技术模拟多路转换器CD4501为8通道单刀结构形式，它允许双向使用，即可用于多到一的切换输出，也可用于一到多的输出切换。电平转换译码驱动S1UDD(-15V)(+15V)地S4S5S0S2S6S7S3INHCBAUEE12345678910111213141516Sm12345678910111213141516GNDS1S23S5S6S4S7SUDDCD4501S0ABCSmINHUEEIN/OUT(OUT/IN)IN/OUTIN/OUT{{CD4501芯片结构及引脚功能2.有译码器的多路开关CD45013.3.3多路开关集成芯片第三章数据采集技术模拟多路转换器CD4501真值表CBAINH导通00001111×00110011×01010101×000000001S1S2S3S4S5S6S7S8无2.有译码器的多路开关CD45013.3.3多路开关集成芯片第三章数据采集技术模拟多路转换器2.有译码器的多路开关CD45023.3.3多路开关集成芯片UDD(-15V)(+15V)地UEE8111612345712131415电平转换译码驱动INH6B9A10Y(OUT/IN)X(OUT/IN)X(IN/OUT)Y(IN/OUT)12345678910111213141516GNDUDDCD4502ABINHUEE(IN/OUT)Y(OUT/IN)YY(IN/OUT)(IN/OUT)X(OUT/IN)XX(IN/OUT){{}}CD4502芯片结构及引脚功能第三章数据采集技术模拟多路转换器CD4502真值表2.有译码器的多路开