在进行多传感器数字化处理或将多个收发器衔接到共用通讯总线时，规划人员常常很难找到最有用的节约本钱、功耗和空间的办法。处理方案是同享共用资源，防止重复构建整个信号链及其相关元器材。
完成办法是运用模仿多路复用器对输入进行多路复用。这样便可将多个传感器衔接到一个模数转换器 (ADC) 的输入，由其顺次对每个传感器进行数字化处理。相同的办法也可运用于通讯总线，每个收发器能够按固定的时刻间隔运用总线。
模仿开关和多路复用器的要害特性是它们都供给输入和输出之间的双向途径，并且还具有高信号完整性、极小的串扰和漏电电流。
本文首要阐明模仿多路复用器和开关装备，然后介绍 Texas Instruments 的相关处理方案，以展现这些器材的功用和灵活性。然后，本文会就运用模仿开关和多路复用器完成资源同享提出一些指引。
模仿多路复用器
多路复用器是一种将多个输入源挑选性地衔接到共用输出线的电子开关（图 1）。
图 1：典型模仿多路复用器运用，运用 4:1 多路复用器顺次对四个传感器的模仿输出进行数字化处理。逻辑信号 A0 和 A1 的二进制状况决议了哪个输入衔接到 ADC。（图片来历：Texas Instruments）
图 1 显现了四个传感器经过 4:1 模仿多路复用器衔接到共用 ADC。一对逻辑信号 A0 和 A1 操控将哪个传感器衔接到 ADC。因为传感器陈述的物理特性不会随时刻快速改动，因此次序采样不会形成数据丢掉的危险。其主要长处是只需运用一个 ADC 和相关电路便能处理一切四个传感器，重视本站大众号回复材料和邮箱地址能够获取电子材料一份。元器材总数量得以削减，因此规划的总本钱也得以下降。
多路复用器和开关装备
模仿多路复用器归于更广泛的电子开关类别，可供给如图 2 所示的很多装备。
图 2： 一些常见的开关和多路复用器装备。开关与模仿多路复用器的不同之处在于前者的输出没有衔接在一起，能够独立挑选道路。（图片来历：Digi-Key Electronics）
多路复用器装备为挑选 2N 个输入中的任何一个，常用类型是从 2:1 到 16:1。关于每种多路复用器 2N 装备，数字操控线的数量等于 N。因此，8:1 多路复用器需求三条操控线。开关装备由输入（或“刀”）的数量及输出（或“掷”）的数量来描绘。单刀单掷 (SPST) 开关具有一路输入和一路输出。单刀双掷 (SPDT) 开关具有一路输入和两路输出。集成电路 (IC) 制作商常常将多个开关装进单个 IC 封装中，并将这些开关描绘为具有多个通道，如图 2 所示的四通道 SPST 开关。
SPST 和 SPDT 开关是两种最常见的开关装备。别的还有用于射频 (RF) 运用的单刀三掷 (SP3T) 和单刀四掷 (SP4T) 开关。
开关可规划为具有特定的动态特性，可影响开关触点改动时发生的操作。假如开关规划为“先合后开”，则意味着初始衔接将坚持到建立新衔接停止。动触点永久不会处于开路状况。相反，“先开后合”开关会先堵截原始衔接，再建立新衔接，这样相邻触点就不会短路。
CMOS 开关
当时大多数模仿开关和多路复用器规划选用互补金属氧化物半导体 (CMOS) 场效应晶体管 (FET)。代表性的双向开关元件选用两个互补 CMOS FET：一个 N 沟道器材和一个 P 沟道器材，二者并联衔接（图 3）。
图 3：根本多路复用器开关元件及其等效电路。互补 FET 支撑双向操作，能够在任一方向上切换信号。（图片来历：Digi-Key Electronics）
并联安置发生的传导途径能够处理任一极性的信号。这种组合还使串联导通电阻 (ROn) 最小化，并下降其电压敏感度。等效电路的重要元件有 ROn 和沟道电容 CD。
导通电阻与源电阻 RSource 和负载电阻 RLoad 一起影响开关闭合时的增益。导通电阻还随施加的信号电压而改动。导通电阻以及 CD 和负载电容 CLoad 的并联组合会影响带宽和开关动态特性，主要是开关时刻。一般来说，规划人员应力求让 ROn 和 CD 最小化。一起还会有漏电电流进入信号途径，影响直流 (DC) 偏移。
当开关断开时，馈通电容 CF 会在开关周围供给一条途径，约束其阻隔才能。在开关闭合期间，源电容 CS 与沟道和负载电容同享电荷，发生开关瞬态。
如图 1 所示，运用具有超高输入电阻的缓冲放大器缓冲开关输出，能够使开关导通电阻的影响降至最小。该电路装备削减了增益损耗，并最大极限下降了导通电阻改动的影响。但是，漏电流引起的补偿电压可能会添加。这儿需求在工程上进行权衡，通常是经过挑选漏电电流尽可能小的元件来处理。
模仿多路复用器和开关处理方案
Texas Instruments 的 TMUX1108PWR 8:1 多路复用器是旨在与 ADC 合作运用的精细多路复用器的典范。其供电电压 (VDD) 规模为 1.08 V 至 5 V。信号电压规模为 0 V 至 VDD，支撑双向模仿或数字信号。通道串联电阻 ROn 的典型值为 2.5 Ω，漏电流小于 3 pA。导通电容为 65 pF，因此通道之间的渡越时刻典型值为 14 ns，带宽为 90 MHz。
TMUX11xx 系列多路复用器有多种装备可供挑选。例如，TMUX1109RSVR 是双通道 4:1 多路复用器；具有与 TMUX1108PWR 相同的供电规模和漏电电流标准，但导通电阻为 1.35 Ω（典型值），最大带宽为 135 MHz。该器材具有两个 4:1 多路复用器，可用作一个 4:1 差分多路复用器或两个 4:1 单端多路复用器（图 4）。
这是一个差分四通道数据收集体系的运用示例，其间该体系依据双通道同步采样逐次迫临型 ADC。每个 ADC 有四个差分通道。每个 16 位 ADC 的信号采样率为 3 MS/s，起伏高达 ±3.8 V。此类收集体系的运用包含光学、工业和电机操控。
图 4：两个双通道 4:1 多路复用器的一种运用是四通道差分信号收集体系，其带宽为 16.45 MHz，适用于处理光学、工业或电机操控信号。（图片来历：Texas Instruments）
最简略的多路复用器拓扑是单通道 2:1 多路复用器。这根本上是一个 SPDT 开关。Texas Instruments 的 TMUX1119DCKR 是精细版别的 2:1 多路复用器。其电源规模和漏电电流标准与 TMUX11xx 系列的其他成员相同。导通电阻典型值为 1.8 Ω，最大带宽为 250 MHz。
2:1 多路复用器有一种运用是运用两个这样的器材作为反转开关（图 5）。该电路是一个气体计量体系，运用差分飞行时刻丈量值来确认流速。有两个超声波变送器放置在一根管道中，相隔间隔是已知的。首要丈量从一个变送器到另一个变送器的传达时刻，然后反转变送器以丈量另一个方向上的传达时刻。依据时刻差核算管道中的气体流速。两个 TMUX1119 多路复用器用于反转变送器衔接。这是一个多路复用器将信号路由到气流分析仪输入的示例。该多路复用器具有超低漏电电流和平整的导通电阻，因此成为此类运用的超卓挑选。
图 5：原理图显现了运用两个 2:1 多路复用器来反转气流分析仪中一对超声变送器的衔接。（图片来历：Texas Instruments）
除了各式各样的多路复用器装备之外，还能够将多个独立开关封装到一个 IC 中。以 Texas Instruments 的 TMUX6111RTER 四回路 SPST 开关为例（图 6）。该器材具有 0.5 pA 的超低漏电电流和 800 MHz 的带宽。导通电阻适中，为 120 Ω。
图 6：TMUX611RTER 四回路 SPST 开关包含四个独立开关，具有极低的漏电电流和 800 MHz 带宽。（图片来历：Texas Instruments）
这是该产品系列中的三款器材之一，供给四个独立开关。此版别有四个常开开关。另一个版别有四个常闭开关，而第三个版别是每类开关各有两个。
总结
模仿开关和多路复用器支撑多个传感器同享一个公共模数转换器，从而在元器材空间、本钱和功耗方面带来极大的经济性。这些器材还能供给极大的灵活性，可在核算机操控下更改电路衔接，无论是同享通讯总线仍是改动变送器衔接都可运用。
