请留意模仿开关和多路复用器，它们是信号通道的要害元件。规划人员应当了解这些重要模仿部件的运用和规范。
要 点
模仿开关的首要规范是电压、导通电阻、电容、电荷注入、速度和封装。
介质绝缘工艺可避免一些开关的闩锁。
开关的作业规模从直流到 400 MHz ，乃至更高。
MEMS （微机电体系）开关在高频下运转杰出，但存在牢靠性问题，而且封装费用贵重。
假如您是在仿真一个模仿开关，要保证对悉数寄生成分的建模。
没有哪个 IC 原理图符号能比模仿开关的符号更简略（图 1a ）。一个根本开关仅包括输入、输出、操控脚和一对电源脚。可是，在这简略的外观（图 1b ）后边，隐藏着极端杂乱的东西。许多规范，包括电源电压和导通电阻，都对部件运转十分重要。模仿开关也有许多沟通规范，如带宽和开关时刻。全部这些规范（包括走漏电流）都会随温度而改动，有时是完全改动。与其它全部模仿部件相同，开关也有彼此作用并有一组接连值的规范。这些规范并非白或黑，而是灰色梯度。
一个模仿开关是杂乱的，但要把它们联合成组，或许把它们集成到一个 IC 里以供给 DPDT （双刀双掷）功用或多路复用器，就会愈加杂乱。例如，一个为 ADC 送入信号的多路复用器应当是一种先开后合的器材——也便是说，在接通之前，它应当断开触点，避免输入信号彼此短路。可是一个音频输出上的多路复用器或许需求先合后开器材——也便是说，它有必要先接通，然后再断开，以避免音频信号中呈现令人不快的卡嗒声和爆炸音。如全部模仿部件相同，作业要比第一眼看上去更杂乱。
寻觅新用处
模仿开关总是在仪器和工业商场中占有一席之地。数据收集卡重定模仿输入的途径，为接至 ADC 的丈量供给多个通道，并把模仿输出传递到衔接器或内部电路节点。这些卡中的模仿开关和多路复用器传统上是高压部件，以坚持它们的工业、军用和医用传统。这些有几十年前史的运用将永久存在，可是几项新的技能发展正在使模仿开关的运用产生巨大的改动。
模仿开关最大规划用处之一是手机和其它的手提消费设备。Fairchild Semiconductor 的开关产品出产线总监 Jerry Johnston 称：“我不知道哪款手机里一个开关也没有。”巨细和功用是电话中运用模仿开关的推进要素。手机外壳中只要很小的空间放置衔接器，这意味着模仿开关有必要将信号从多个 IC 传递到一个 USB 端口、视频端口、音频端口或电源衔接器。这些开关也有多种功用，这更增加了在手机中的运用。一款手机一般包括一只基带 IC 和 RF 信号链。一款全功用手机也或许要带稀有码相机和摄像头，两者都有相关的闪存体系，而且能做 MP3 和视频播放器。它也支撑 USB、蓝牙和无线 LAN 衔接。Johnston了解一些高端手机有多达 14 个模仿开关。
依据相似的原因，模仿开关日益增长的另一运用是便携计算机。即便最根本的笔记本电脑也有摄像头、 IR（红外线）端口、蓝牙和无线功用。此外与手机相似，便携计算机只要有限的外外表供放置衔接器。尽管不像手机的空间束缚那么严厉，可是这种束缚依然为模仿开关供给了许多运用。
家庭文娱设备是模仿开关的另一种大批量运用。任何一个安装电视、 DVD 播放机、立体声收音机、游戏体系、有线体系和计算机的人，都可以证明这些使命要求的视频与音频信号布线应战。好像手机相同，这些家庭文娱体系或许用到一些数字信号，可是依然有必要运用模仿开关来完结该设备的信号传送。例如，许多家庭文娱体系有多个 HDMI（高清晰多媒体接口）数字信号通道，这些产品需求模仿开关传送那些信号，由于运用数字开关能引起歪曲及推迟。数字开关在完结功率时会树立一个或多个门推迟，那些推迟或许不确认，而是跟着开关路由或温度而更改，门的上升和下降次数或许更改数字信号的占空比。
模仿开关的另一个许多运用是车载文娱设备，它有与家庭文娱体系相同的信号路由问题，而且空间更少。轿车电子设备，或“telematics”（车载通讯体系）一起包括了信号路由以及文娱、计算机和手机环境的办理应战。
重要规范
模仿开关能饱尝的电压与机械开关的额外电压相同重要，有时它指示出开关的预期商场。12V到 36V开关的方针常常是外表、军用和医用商场。那些有必要从外部丈量一些不知道电压的数据收集体系，也得益于选用高额外电压的模仿开关。由于规划人员无法操控所测电压的水平，所以，重要的是开关能承受尽或许高的电压。关于牢靠性的相同要求，促进了对介质绝缘模仿开关和毛病维护模仿开关的开发。
介质绝缘是把 IC 中每个晶体管放在自己的玻璃外套中（图2。玻璃有比硅更低的介电常数，对介质绝缘的部件产生十分低的内电容。因而，假如输入信号超出电源轨（图3），寄生SCR （可控硅整流器）的构成就能引起IC基材的闩锁。制造商一般选用廉价的 CMOS 工艺为电子消费产品制造部件，而这些部件的最大额外电压为5.5V。例如，Fairchild的 FSA2270T双路SPDT （单刀双掷）模仿开关摆幅低于负电压轨，这样在没有负电源轨情况下也能经过双极音频信号（参考文献3）。别的一个比如是德州仪器公司的 TS3USB221 多路复用器/解复用器开关，其作业电压为 2.3V。
毛病维护是另一个重要规范。具有这一特性的器材，即便其输入电压超越电源轨也不会导致损坏。例如，Maxim 公司的 MAX388 模仿多路复用器的毛病防护达 100V 。除供给内部毛病维护之外，线路还可以规划为在过压情况下维护模仿开关。
导通电阻是模仿开关的另一个极为重要的规范。假如您的规划包括了一个为模仿开关供给缓冲的运算放大器，导通电阻好像并不重要。运算放大器的输入阻抗或许在兆欧水平，所以把一个 100Ω的模仿开关与输入端串联，意味着这个阻抗是可疏忽的，可是仅对直流。开关的导通电阻能对放大器的杂散电容和输入电容作出反应。这个反应能树立一个极点，使信号链的频率响应骤降，或许到达无法承受的水平。许多其它信号通路运用需求更低的导通电阻。尽管几十年前100Ω是可以承受的，那时工程师运用的是Fairchild通用CD4066 CMOS 模仿开关，但许多器材的导通电阻很快下降到 10Ω，现在已有多款低于 1Ω的模仿开关。例如， Pericom 公司的 PI3A3159 SPDT 模仿开关导通电阻为0.4Ω。这些新部件可以在低至 2.7V 的作业电压下，完成低导通电阻。
另一个重要规范是关态电阻，它丈量的是开关阻挠信号的才能。模仿开关的根本关态电阻便是 MOS 晶体管的关态电阻，一般高于大都线路的需求。关态电阻也是 ESD （静电放电）维护二极管的一个功用，这些二极管在 IC 片芯上，避免晶体管的处理和拼装中呈现损坏（图 4）。把关态电阻看成是一个走漏规范或许更有协助。由于走漏每 10℃会加倍，应总是在预期的电路最高作业温度上查看关态电阻。此外，关态电阻和走漏是运用于直流或低频的规范。在更高频率时，开关电容支配着关态电阻和走漏。
关于现代模仿开关这么小的东西，不可避免会存在电容。引脚挨的很近，因而可以估计它们之间稀有皮法的耦合电容。别的还有必要处理晶体管结构和基材之间的电容。制造商选用专有工艺出产现代部件，这样部件就能在 RF 规模作业，轻易地到达数百兆赫。
Maxim Intergratd Products公司的副业务司理Manav Malhotra 称，一些客户要求制造商确认模仿开关的插入损耗和回波损耗，这是与射频（RF）规划相关的规范。半导体模仿开关也有其缺点：各引脚与地或电源之间的电容。舌簧继电器和 MEMS （微机电体系）开关有较小的杂散电容，使它们合适于延伸至千兆赫规模的频率，可是继电器和 MEMS 都是机械性器材，在几十万到数百万次的运转循环中会磨损。舌簧继电器开关的鼓励需求很大功率；MEMS 器材的运转需求本钱贵重的封装，将硅梁坚持在一个空区中。即便信号仅是数百千赫，也应当调查模仿开关的引脚（包括地和电源）之间的电容，确认该器材是否能供给所需的阻隔和串扰规范。
电荷注入是模仿开关中的另一个重要规范。翻开开关会使电荷注入信号通道，在采样坚持稳压器和馈入放大器的多路复用器中，这或许会产生灾难性的结果。那些合作内部电容的 IC规划能尽或许削减电荷注入。发动信号的上升沿越快，电荷注入的问题就会越严峻。下降模仿开关操控信号的转化速率有或许把电荷注入下降到可承受的水平。假如在规划的信号通道中有任何高阻抗节点，请必定要评价这个要素。电荷注入常常是含模仿开关音频电路产生爆炸声和卡嗒声的原因。好像全部规范相同，要在预期的悉数规划作业温度规模上查看这个要素。
许多模仿开关要传送快速的数字信号，因而关于许多用户来说，鼓励速度是一个重要规范。即便在传统运用中，如数据收集多路复用器，有必要在采样坚持剖析时考虑开关速度要素，以保证在 ADC 丈量之前，信号现已安稳到一个精确的水平。也应当留意信号链中任何模仿开关的 PSRR （电源按捺比）。正如输出和电源之间的电容能快速衰减信号相同，同一个电容也能把电源轨上的高频噪声成份传入输出信号。最近，许多模仿电路选用开关电源供电。必定要查看电源轨的频谱内容。假如频率足够高，它们将经过模仿开关的内部电容进入规划的输出。在部件的电源脚串接一只电阻或电感，并在接近模仿开关的位置放一个或多个去耦电容，可保证电源噪声不会进入规划的信号通道。这也会使线路对 RFI（射频搅扰）有更强的抗搅扰才能。
还有一个规范的重要性和其它规范相同，这便是部件选用的封装。假如规划一种手持式仪器或手机，就需求使器材选用 SC-70 或更小的封装。假如要运用的是电源切换部件，那么或许需求大型封装协助功率耗散，避免部件变得过热。别的一个封装考虑是与规范部件引出脚的共同性。例如，假如需求替换一个 Intersil DG403单片模仿开关，那么需求一个有相同封装和出脚的部件。要得到一个低导通电阻的小封装部件是一个应战。Maxim Integrated Products公司的接口开关和维护业务部的履行董事 Jeffery DeAngelis 称：“大都开关面对的应战是物理问题。要得到更小的导通电阻，得在 FET 中并排放多个金手指 （栅极结构）。这么做得到了更低的导通电阻，可是片芯增大。”
电流耗费是另一个要害参数。一些部件会依据运用的操控信号电平而改动电源的电流。要在电路试验板上评价电源的电流，不要假定数据单上的标称数值就适用于电路。此外要留意电源电流会跟着温度而改动。
处理权衡问题
由于需求考虑那么多规范，一位勤勉的模仿工程师应当审视那些模仿开关固有的根本权衡。全部工程师都知道最重要的规范是本钱。低本钱的开关无过于旧式的 CD4066 CMOS 模仿开关。它的作业电压高达 15V，可以并联运用多个开关，完成恰当等级的导通电阻。在另一个极端上，介质阻隔的 Intersil H 303ARH 具有抗辐射加固的硅栅，使它合适军事和人造卫星运用。另一个权衡触及电源电压。一般情况下，电源电压越高，导通电阻越低。例如，STMicroelectronics运用新工艺制造 STG3699B 四单刀双掷开关，使之有 0.5Ω的导通电阻。
别的一个权衡是电源电流。高速运转的器材需求更高的电源电流，能以更快的速率转化晶体管门。CMOS 或 DMOS 模仿开关常常有低的电源电流。例如， STMicro 的 STG3684 单刀双掷开关只是运用200 nA。此电流跟着温度而上升。该公司某些部件的规范设定在+ 85℃，如 STG3689。
其他权衡包括封装的巨细和功耗。电源切换（开关电源）规划需求较大的封装，然后或许需求低导通电阻，由于管芯越大，电阻越低。新颖的工艺和电路技能也现已在这个范畴做出了巨大的前进。Vishay 现在供给 14 种导通电阻小于 1Ω的开关。而且这些部件的封装和 SC-70 相同小，底面积为 3mm × 2mm。
或许疏忽的一个权衡是导通电阻会跟从施加的信号而产生改动。假如运用高压电源和小信号摆幅，那么这种改动或许不是问题。可是，假如信号是轨至轨地摆至电源电压，将需求一种较新的器材，它能在经过的信号电压规模上供给共同的导通电阻。
CMOS 模仿开关会更廉价，可是运转电压更低。DMOS 开关有更高的电压，转化更快。DMOS 开关一般有更严厉的驱动器要求。Vishay 开发了 DG611 开关，它一起运用 CMOS 和 DMOS 以取得完成两种工艺的长处。Analog Devices 公司产品司理Liam S渋lleabh噄n 以为，区分模仿开关制造商的一个条件是看它供给定制或专有工艺的才能，如该公司的 35V iCMOS 工艺，它能使部件合适于详细的运用。他说：“假如比较一下 ADG408 和咱们的新产品 ADG1408，408 的导通电阻为 100Ω，而 1408 的导通电阻为 4.7Ω。 公司供给的1408选用相同的 TSSOP 封装，可是也有别的的封装挑选 LFCSP，它要小 70%。”
MEMS 部件或许是模仿开关的未来权衡。现在的问题是机械牢靠性和价格。MEMS 开关是机械式的，尽管可以预期它们的牢靠性优于舌簧继电器开关，但它们依然会磨损或完全损坏。此外，MEMS 结构不能选用环氧树脂作密封，所以 MEMS 封装总是比硅模仿开关封装更贵。此外， MEMS 开关的切换时刻较长，由于它们是机械式的。
放眼审视模仿开关的许多运用和多面性的规范，您可以发现的内容远超越眼前这些无处不在的小部件所呈现的东西（参考文献 7）。在您规划自己的下一个信号链时，必定了解它们的运用和规范。假如您正在做一个包括模仿开关的 Spice仿真，要保证模型是完好的，能显现寄生和杂散电容和打线的电感。许多Spice模型没有考虑电荷注入，或导通电阻随外加电压而产生的改动。假如试验板呈现 Spice运转时不曾呈现的问题，不用感到惊奇。在温度规模内查看全部，保证能买到您挑选的部件，而且它会在产品寿数周期内坚持量产。假如正确地运用了模仿开关，就可以完成各种功能，并下降本钱，这是其他方法不能做到的。
