多路模仿开关的挑选留意事项:
1.功能指标 模仿开关因为选用的是集成MOS管作为开关的器材完成开关功用;因为MOS管本身物理特性,在运用的时分需求留意一下几个功能指标:
2.开关速度: 模仿开关的开关速度一般能到达兆Hz的速度,能够快速完成链路切换。
3.开关耐压: 模仿开因为其运用的信号链路为*板低压作业环境,关耐压值一般在15v以内;常见的有3.3v、5v、12v、15、等最大耐压值;挑选时有必要留意信号链路的最大电压与器材最大耐压值。
4.开关最大电流: 模仿开关的导通能够接受的最大电流值,现在常见的模仿开关的开关最大电流一般在几百毫安以内;安培等级的模仿开关很少。
5.导通电阻: 常见的模仿开关的导通阻抗一般从几个欧姆到100欧姆之间;在模仿信号和弱信号规划的时分运用模仿开关有必要留意这个参数。
6.关断阻抗: 关断阻抗代表着开关的关断才干,关断好坏,一般产品的关断阻抗足以到达按捺相邻两个信号链路彼此搅扰的才干。
集成多路模仿开关(以下简称多路开关)是主动数据收集、程控增益扩大等重要技术领域的常用器材,其实践运用功能的好坏对体系的谨慎和可靠性重要影响。 关于多路开关的运用技术,些文献上介绍有两点缺乏:一是对器材本身介绍较多,而对器材与相关电路的合理调配与和谐介绍较少;二是原则性的东西介绍较多,而操作性的东西介绍较少。研讨标明:只要正确挑选多路开关的品种,留意多路开关与相关电路的合理调配与和谐,确保各电路单元有适宜的作业状况,才干充分发挥多路开关的功能,乃至补偿某功能指标的短缺,收到预期的作用。本文从运用的视点动身,研讨多路开关的运用技巧。现在市场上的多路开关以 CMOS 电路为主,故以下的评论除特别阐明外,均针对这类产品。
集成多路模仿开关的运用技巧
1 “先断后通”与“先通后断”的挑选
现在市场上的多路开关的通断切换办法大多为“先断后通”(Break-Before-Make)。
在主动数据收会集,应选用“先断后通”的多路开关。不然,就会发生两个通道短接的现象,严峻时会损坏信号源或多路开关本身。但是,在程控增益 扩大器 中,若用多路开关来改动集成运算扩大器的反应电阻,以改动扩大器的增益,就不宜选用“先断后通”的多路开关。不然,扩大器就会呈现开环状况。扩大器的开环增益极高,易损坏电路的正常作业,乃至损坏元器材,一般应予防止。
2 挑选适宜的传输信号输入办法
传输信号一般有单端输入和差动输入两种办法,别离适用于不同的场合。
单端输入办法如图1所示,即把一切信号源一端接同一信号地,信号地与ADC等的模仿地相接,各信号源的另一端别离接多路开关。图中Vs为传输信号,Vc为体系中的共模搅扰信号。
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图1(a)接法的长处是无需削减一半通道数,也可确保体系的共模按捺才干;缺陷是仅适用于一切传输信号均参阅一个公共电位,且各信号源均置于相同的噪声环境下,不然会引进附加的差模搅扰。
图1(b)接法适用于一切传输信号相对于体系模仿公共地的丈量,且信号电平显着大于体系中的共模搅扰。其长处是可得到最多的通道数,缺陷是体系根本失去了共模按捺才干。
差动输入办法如图2所示,即把一切信号源的两头别离接至多路开关的输入端。其长处是抗共模搅扰的才干强,缺陷是实践通道数只要单端输入办法的一半。当传输信号的信噪比较低时,有必要运用差动输入办法。
3 减小导通电阻的影响
多路开关的导通电阻RON(一般为数10Ω至1kΩ左右)比机械开关的触摸电阻(一般为mΩ量级)大得多,对主动数据收集的信号传输精度或程操控增益扩大的增益影响较显着,并且RON通道随电源电压凹凸、传输信号的起伏等的改变而改变,因此其影响难以进行后期批改。实践中一般是设法减小RON来下降其影响。
以CD4051为例,测验发现[1]:CD4051的RON随电源电压和输入模仿电压的改变而改变。当VDD=5V、VEE=0V时,RON=280Ω,且随V1的改变骤变;当VDD》10V、VEE=0V时,RON=100Ω,且随V1的改变缓变。可见,恰当进步CD4051的VDD有利于减小RON的影响。有必要留意:进步VDD的一起,应相应进步选通操控端A、B、C的输入逻辑电平。例如:取VDD=12V(VEE=0V),可选用电源电压上拉箝位的办法,上拉电阻的阻值取1.5kΩ以上,使选通操控端信号的有用高电平不低于6V。这样,既确保CD4051抱负导通(RON小,又完成了CMOS电平与TTL电平的转化(μP一般为TTL电平)。
可见,根据具体状况,恰当进步多路开关的电源电压,是下降其RON影响的一种有用办法。此外,恰当进步电源电压,还能够一起减小导通电阻路差ΔRON和加速开关速度。
4 消除颤动引起的差错
和机械开关相似,多路开关在通道切换时也存在颤动进程,会呈现瞬变现象。若此刻收集多路开关的输出信号,就或许引进很大的差错。例如[2]:某计算机主动数据收集与处理体系收集三个模仿量:水泵转速、流量、压力。三个模仿量对应的TTL电平别离为:1.5454V,1.5698V、2.9394V。收集体系从通道1、2、3别离对这三个模仿量接连收集10次,收集成果坐落1.8554~1.8603、1.5625~1.5673、1.62207~1.62695之间,其间1、3、通道的差错很大。研讨发现,这种差错是因为体系在多路开关通断切换未稳定下来就收集数据形成的。
消除颤动的常用办法有两种:一是用硬件电路来完成(硬件办法),即用RC滤波器除颤动;另一种是用软件延时的办法来处理(软件办法)。在有μP的体系中,软件办法较硬件办法更显优势。如上例中,只要在原QuICkB ASIC 数据收集程序参加一循环句子来恰当延时,则收集成果坐落1.5454~1.5478、1.5698~1.5722、2.9394~2.9418之间,收集精度显着进步,收集成果正常。
5 进步切换速度
多路开关的切换速度与其本身的结构、作业条件以及外电路的状况都有联络。在实践中应留意以下几点:
一切的多路开关的均匀传输延迟时刻tpd均随VDD的升高而减小。以CD4051为例[3],当VDD=5V时,tpd=720ns;当VDD=10V时,tpd=320ns;当VDD=15V时,tpd=240ns。可见,恰当进步多路开关的电源电压,可加速其开关速度。
传输信号的信号源内阻Rs对多路开关的切换时刻有重要影响。剖析标明:在其它条件不变的状况下,切换时刻近似与Rs成正比,即Rs越小,开关的动作就越快。所以,对高内阻的信号源(一些传感器便是如此),宜用阻抗变换器(如电阻跟从器),将阻抗变低后再接入多路开关。此外,减小Rs还可一起减小多路开关的关断漏电流形成的差错。
当体系需求的信号通道数较多时,宜选用图3所示的两级联接办法。在图3 中,假定体系共需求32个信号通道,将这32个通道分红4组,各组别离接至4个二级开关,信号由二级
开关输出。设每个开关的输出电容为C0,则输出总电容由32Co至大约12Co,电路的时刻常数减小,开关速度进步。此外,这种联接办法还能够使多路开关的总关断漏电流由31Iz降至大约10Iz(设每个开关的关断漏电流为Iz),然后减小关断漏电流形成的差错。对上述两种作用,通道数越多作用越明显。当然,这种联接办法需求的开关数相对多些,选通操控也相对杂乱些,因此首要用于信号通道数较多的场合。
现在市场上的多路开关以RCA、AD、SILICONIX、MOTOROLA、MAXIN等公司的产品多见,品种繁复,功能、价格差异较大(详见有关公司的相关产品数据手册)。挑选和运用多路开关时,考虑的重点是满意体系对信号传输精度和传输速度的要求,一起还有必要留意以下两点:榜首,全面了解多路开关的特性,不然或许呈现难以预料的问题。例如: CMOS 多路开关在电源堵截时是断开的,而结型FET多路开关在电源堵截时是接通的。若未留意到这一点,就或许因电源的通断而损坏有关芯片。
第二,多路开关只要与相关电路合理调配,和谐作业,才干充分发挥其功能,乃至补偿某些功能的短缺。不然,片面追求多路开关的高功能,疏忽与相关电路的调配与和谐,不但会形成本钱与功能指标的糟蹋,并且往往收不到预期的作用。
此外,受芯片品种或运用场合的约束,在实践中往往有剩余的通道。因为多路开关的内部电路彼此联络,所以剩余的通道或许发生搅扰信号,必要时应作恰当处理。例如[4]:测验多路开关CC4097和CC4067时发现,一切剩余通道的输入端都有必要接地,不然将发生搅扰信号。