引言
集成模擬開(kāi)關(guān)常常用作模擬信號與數字控制器的接口。當今市場(chǎng)上的模擬開(kāi)關(guān)數量眾多，產(chǎn)品設計人員需要考慮多項性能標準。同時(shí)也有許多35年前開(kāi)發(fā)的標準CMOS開(kāi)關(guān)已經(jīng)發(fā)展為專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)電路。
本文回顧標準CMOS模擬開(kāi)關(guān)的基本結構并介紹常見(jiàn)模擬開(kāi)關(guān)參數，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(kāi)關(guān)的性能改善：更好的開(kāi)關(guān)特性、更低的供電電壓，以及更小的封裝。也介紹了專(zhuān)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(zhuān)用開(kāi)關(guān)。
標準模擬開(kāi)關(guān)基礎
傳統模擬開(kāi)關(guān)的結構如圖1所示。將n溝道MOSFET與p溝道MOSFET并聯(lián)，可使信號在兩個(gè)方向上同等順暢地通過(guò)。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(kāi)關(guān)對電流流向不存在選擇問(wèn)題，因而也沒(méi)有嚴格的輸入端與輸出端之分。兩個(gè)MOSFET由內部反相與同相放大器控制下導通或斷開(kāi)。這些放大器根據控制信號是CMOS或是TTL邏輯、以及模擬電源電壓是單或是雙，對數字輸入信號進(jìn)行所需的電平轉換。
圖1. 采用并聯(lián)n溝道和p溝道MOSFET的典型模擬開(kāi)關(guān)的內部結構
現在，許多半導體制造商都提供諸如早期CD4066這樣的傳統模擬開(kāi)關(guān)。有些最新設計的模擬開(kāi)關(guān)與這些早期開(kāi)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(lái)的CD4066具有更低的RON和更高的精度。
對基本模擬開(kāi)關(guān)結構也有一些功能性改變。有些低電容模擬開(kāi)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(kāi)關(guān)帶寬的p溝道MOSFET。
其它采用單個(gè)正電源軌工作的模擬開(kāi)關(guān)采用電荷泵，允許負信號電壓。例如，MAX14504音頻開(kāi)關(guān)工作在+2.3VCC至+5.5VCC單電源，采用內部電荷泵，允許-VCC至+VCC的信號無(wú)失真通過(guò)。除功能改善外，工業(yè)上許多最新模擬開(kāi)關(guān)的封裝比早期的器件更小。
低導通電阻(RON)開(kāi)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)結構的RON特征(圖2)。RON隨VIN的變化曲線(xiàn)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(xiàn)。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(cháng)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(kāi)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(mén)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，如式1a和1b所示。
將RON和寄生電容最小化，同時(shí)改善整個(gè)溫度和電壓范圍內RON相對于VIN的線(xiàn)性度，往往是設計新產(chǎn)品的首要目的。
圖2. RON與VIN的關(guān)系。圖1中的n溝道和p溝道RON構成一個(gè)復合的低值RON。
早期的模擬開(kāi)關(guān)工作于±20V電源電壓，導通電阻RON為幾百歐姆。最新改進(jìn)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(huì )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(shí)增大(圖3A)。MAX4992采用單電源時(shí)達到了非常低的RON及RON平坦度(1mΩ)。圖3B為新、舊模擬開(kāi)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3B. 新、舊模擬開(kāi)關(guān)的RON比較。
為單電源系統選擇模擬開(kāi)關(guān)時(shí)，盡量選擇專(zhuān)門(mén)針對單電源設計的器件。此類(lèi)器件無(wú)需單獨的V-和地引腳，因而可節省一個(gè)引腳。引腳上的經(jīng)濟性意味著(zhù)單刀雙擲(SPDT)開(kāi)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(shí)需要額外的一個(gè)電源引腳，通常稱(chēng)為邏輯電源電壓(例如MAX14756)。該引腳(VL)連接至系統邏輯電壓，通常是1.8V或3.3V。
信號處理設計
圖3A還給出了RON值隨信號電壓的變化情況。圖中曲線(xiàn)都落在特定的電源電壓范圍之內，這是因為未集成內部電荷泵的典型模擬開(kāi)關(guān)只能處理電源電壓范圍之內的模擬信號電平。對于沒(méi)有保護的模擬開(kāi)關(guān)，過(guò)高或過(guò)低電壓的輸入將在芯片內部的二極管網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生失控的電流，造成開(kāi)關(guān)永久損壞。通常這些二極管能夠保護開(kāi)關(guān)抵抗高達±2kV的短時(shí)間靜電放電(ESD)。(參見(jiàn)下文中的ESD保護開(kāi)關(guān)部分)。
模擬開(kāi)關(guān)的RON會(huì )造成信號電壓的線(xiàn)性衰減，衰減量正比于流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流。根據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(gè)重要參數是通道匹配度和RON平坦度。通道間的匹配度說(shuō)明同一器件各通道RON的差異；RON平坦度是指某一通道的RON在信號范圍內的變化量。匹配度/RON或平坦度/RON的比值越小，則模擬開(kāi)關(guān)的精度越高。這兩個(gè)參數的典型值分別為0.1Ω至5Ω。有些開(kāi)關(guān)是專(zhuān)門(mén)針對低通道匹配度和平坦度設計的。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備，可處理低至-1.5V的負信號擺動(dòng)。
大多數應用中，可以通過(guò)修改電路設計防止過(guò)大的開(kāi)關(guān)電流。例如，您可能希望通過(guò)在不同反饋電阻間切換來(lái)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(kāi)關(guān)串聯(lián)的結構(圖4A)。此時(shí)，由于開(kāi)關(guān)電流較小，RON值及其溫度系數可忽略不計。然而，圖4B所示的設計中，開(kāi)關(guān)電流取決于輸出電壓，因此其值較大，就不太理想。
圖4. 增益控制電路設計的好(A)或壞(B)取決于流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流大小。
音頻開(kāi)關(guān)和先斷后合功能
所有音頻系統中的一項主要性能要求是消除瞬態(tài)脈沖通過(guò)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(kāi)和關(guān)閉期間(導通和關(guān)斷時(shí)間，tON和tOFF)。無(wú)論設備在工作期間的音頻質(zhì)量如何，如果在系統每次打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)發(fā)出噪雜的咔嗒聲，用戶(hù)往往會(huì )認為該音頻設備的質(zhì)量比較差。通過(guò)延長(cháng)模擬開(kāi)關(guān)的tON和tOFF，可消除可聞咔嗒/噼噗聲。這減小了通過(guò)揚聲器負載進(jìn)行放電的瞬態(tài)脈沖。大多數模擬開(kāi)關(guān)的tON和tOFF從低至15ns到高達1μs不等，但有些“無(wú)雜音”開(kāi)關(guān)可達到毫秒級。
有些無(wú)雜音開(kāi)關(guān)使用旁路開(kāi)關(guān)和先斷后合功能消除咔嗒聲。在使用MAX4744的音頻應用中，利用內部旁路開(kāi)關(guān)對輸入處的電容放電。這可防止瞬態(tài)電壓進(jìn)入揚聲器。先斷后合功能保證開(kāi)關(guān)在切換至另一連接之前首先斷開(kāi)之前的連接，要求tON > tOFF。有些設計則要求開(kāi)關(guān)先合后斷，此時(shí)tOFF > tON。例如，圖4A中的電路在兩種增益之間切換時(shí)必須謹慎。改變增益時(shí)，避免使兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)非常重要；第二個(gè)開(kāi)關(guān)必須在第一個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)路之前閉合。否則，運算放大器會(huì )采用開(kāi)關(guān)增益，其輸出將被驅動(dòng)至電源電壓。
信號電平變化會(huì )引起RON變化，造成開(kāi)關(guān)的插入損耗變化，這會(huì )增大模擬開(kāi)關(guān)的總諧波失真(THD)。以RON平坦度為10Ω的100Ω開(kāi)關(guān)為例，當負載為600Ω時(shí)，開(kāi)關(guān)將產(chǎn)生1.67%的THDMAX。THD是許多應用中的關(guān)鍵參數，表示通過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)的THD比較。
圖5. 一組模擬開(kāi)關(guān)的THD與頻率關(guān)系。
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，需要考慮多項設計要求。電路所需的芯片面積更大，設計將引入更大的輸入電容，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期對輸入電容進(jìn)行充電和放電需要消耗更大功率。該輸入電容的充電時(shí)間取決于負載電阻(R)和電容(C)，其時(shí)間常數由t = RC決定。充電時(shí)間通常為幾十納秒，但高RON開(kāi)關(guān)具有較短的tON和tOFF周期。有些模擬開(kāi)關(guān)以相同的封裝類(lèi)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(kāi)關(guān)時(shí)間較長(cháng)。
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(kāi)關(guān)導通或斷開(kāi)瞬間都有一定數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(kāi)關(guān)，這種效應將引起輸出信號的明顯改變。在一個(gè)沒(méi)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(gè)很好的實(shí)例，在模數轉換器(ADC)轉換期間用它來(lái)保持一個(gè)恒定的模擬輸出(圖6B)。閉合S1時(shí)，一個(gè)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(gè)pF，當S1斷開(kāi)時(shí)，VS保存在C上。在轉換開(kāi)始時(shí)閉合S2，將保持電壓(VH)加載至緩沖器。這樣，在整個(gè)ADC的轉換周期內，高阻緩沖器保持VH恒定。對于比較短的采集時(shí)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(huì )造成VH改變±ΔVOUT(幾個(gè)毫伏)，因此會(huì )影響到后面ADC的精度。
圖6A. 來(lái)自于開(kāi)關(guān)控制信號的電荷注入造成模擬輸出電壓誤差。
圖6B. ADC中的典型跟蹤和保持功能需要精密控制的模擬開(kāi)關(guān)。
漏電流及其對電壓誤差的影響
漏電流影響模擬開(kāi)關(guān)的輸出電壓。圖7和8所示為模擬開(kāi)關(guān)打開(kāi)和關(guān)閉階段的簡(jiǎn)化小信號模型。這兩種情況下，大部分漏電流通過(guò)內部寄生二極管，影響輸出電壓誤差。漏電流還是溫度的函數，每10℃大約翻一倍。ESD保護二極管(例如故障保護開(kāi)關(guān)中)增大漏電流。
圖7. 開(kāi)關(guān)閉合的等效電路圖。
圖8. 開(kāi)關(guān)開(kāi)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RON的變動(dòng)、負載電阻及源電阻的函數。對于雙向模擬開(kāi)關(guān)，Ilkg等于IS或ID (圖7和8所示)，取決于開(kāi)關(guān)的漏極還是源極側配置為輸出。
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的數據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(shí)，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。
視頻和高頻開(kāi)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較大的傳統模擬開(kāi)關(guān)需要額外增益級來(lái)補償插入損耗。同時(shí)，低RON開(kāi)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(kāi)關(guān)需要輸入緩沖器，以維持帶寬，但是這會(huì )增加元件數量。
采用只有n溝道的開(kāi)關(guān)可提高帶寬，同時(shí)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(kāi)關(guān)。然而，n溝道開(kāi)關(guān)容易受滿(mǎn)擺幅工作的限制。當施加的視頻信號超過(guò)這些限值時(shí)，輸出將箝位，造成視頻信號失真。選擇n溝道開(kāi)關(guān)時(shí)，確保開(kāi)關(guān)的規定限值足以通過(guò)滿(mǎn)幅輸入信號。
在一個(gè)監視器顯示來(lái)自于多個(gè)源的視頻應用中，如安保和監視系統，關(guān)斷隔離和串擾是關(guān)鍵參數。開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，來(lái)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(shí)，通常為視頻和VHF應用，視頻通過(guò)漏源電容(CDS)耦合，降低關(guān)斷隔離。與開(kāi)關(guān)相關(guān)的較高電路阻抗也會(huì )降低關(guān)斷隔離。
T型開(kāi)關(guān)拓撲適用于視頻或高于10MHz的頻率，它包括兩個(gè)串聯(lián)的模擬開(kāi)關(guān)，以及第三個(gè)連接在它們公共點(diǎn)與地之間的開(kāi)關(guān)(圖9a)。這種安排能夠提供比單個(gè)開(kāi)關(guān)更高的關(guān)斷隔離。由于寄生電容與串聯(lián)開(kāi)關(guān)中的每個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)(圖9a)，關(guān)斷的T型開(kāi)關(guān)的容性串擾一般隨頻率的升高而增大。多通道開(kāi)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(jìn)而增大串擾。
圖9A所示的T型開(kāi)關(guān)導通時(shí)，S1和S2閉合，S3斷開(kāi)；T型開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，S1和S2斷開(kāi)，S3閉合。這種關(guān)斷狀態(tài)下，通過(guò)串聯(lián)MOSFET的CDS的耦合信號被S3旁路到地。T型開(kāi)關(guān)(例如MAX4545)與標準模擬開(kāi)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(wú)緩沖視頻開(kāi)關(guān)。作為無(wú)源視頻開(kāi)關(guān)，標準視頻開(kāi)關(guān)可能需要額外電路1；而集成方法是作為有源視頻開(kāi)關(guān)，將開(kāi)關(guān)和緩沖器集成在一個(gè)封裝內，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。
圖9A. 用于射頻的T型開(kāi)關(guān)結構。
圖9B. 標準開(kāi)關(guān)(MAX312)與視頻開(kāi)關(guān)(MAX4545, MAX4310)的關(guān)斷隔離-頻率關(guān)系的比較。
ESD保護開(kāi)關(guān)
ESD保護是大多數模擬開(kāi)關(guān)應用的一項重要特性。標準模擬開(kāi)關(guān)的設計可提供高達±2kV的保護。設計者可增加額外的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(xiàn)上的電容。然而，現在設計的有些開(kāi)關(guān)具有內部二極管，可承受高達±15kV的ESD。這些開(kāi)關(guān)采用人體模式(±15kV)及IEC 61000-4-2標準規定的接觸(典型值為±8kV)及氣隙放電(±15kV)法測試2。
用于高達±36V過(guò)壓保護的故障保護開(kāi)關(guān)
模擬開(kāi)關(guān)的電源軌限制了允許的輸入信號電壓范圍。(參見(jiàn)上文中的信號處理設計部分)。如果輸入信號超過(guò)電源軌，器件會(huì )鎖定或永久損壞。通常情況下，這種限制不是問(wèn)題；但在有些情況下，模擬開(kāi)關(guān)的電源關(guān)斷時(shí)輸入信號仍然存在。(如果系統電源排序造成輸入信號早于電源電壓出現，就會(huì )發(fā)生這種情況)。瞬時(shí)超出正常電源電壓范圍也會(huì )造成鎖定或永久損壞。新故障保護開(kāi)關(guān)和多路復用器能夠保證±36V的過(guò)壓保護、±40V的掉電保護、滿(mǎn)幅信號控制能力以及和一般開(kāi)關(guān)相近的低RON。無(wú)論開(kāi)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(guò)信號源。
圖10所示為故障保護模擬開(kāi)關(guān)的內部結構。如果開(kāi)關(guān)(P2或N2)是導通的，COM輸出被兩個(gè)內部“后援”FET鉗位于電源電壓。這樣，COM輸出保持在電源范圍之內，并根據負載大小提供最多±13mA的電流，但在NO/NC引腳沒(méi)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(kāi)關(guān)的任意方向通過(guò)，但這些故障保護只在輸入一側有效3。
圖10. 該內部結構表示故障保護模擬開(kāi)關(guān)的特殊電路。
許多雙電源軌模擬開(kāi)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(kāi)關(guān)，例如多路復用器MAX14752。MAX14752與行業(yè)標準DG408/DG409的引腳兼容，輸入處的內部二極管為開(kāi)關(guān)提供過(guò)壓/欠壓保護。
加載-感應開(kāi)關(guān)影響系統精度
電壓和電流測量系統中的接線(xiàn)方法多種多樣，這些接線(xiàn)方法稱(chēng)為2線(xiàn)、3線(xiàn)及4線(xiàn)系統，其精度和復雜度各不相同。圖11所示的2線(xiàn)系統用于高精度不是首要因素的情況。這種方法在加載線(xiàn)的源端測量負載電壓。負載電壓會(huì )明顯低于源電壓，這是因為如果流過(guò)導線(xiàn)電阻的加載電流較大，線(xiàn)路上會(huì )發(fā)生電壓降。較長(cháng)的導線(xiàn)、較大的負載電流以及較高的線(xiàn)阻抗都會(huì )造成這種電壓降，并產(chǎn)生明顯的測量誤差。3線(xiàn)系統改善了精度，但采用4線(xiàn)加載-感應技術(shù)可獲得最佳結果。
圖11. 高精度不是特別關(guān)鍵時(shí)，使用2線(xiàn)測量系統。
4線(xiàn)加載-感應技術(shù)(圖12)利用兩根線(xiàn)加載電壓或電流，使用另外兩根線(xiàn)直接連接在負載兩端來(lái)測量負載電壓。有些模擬加載-感應開(kāi)關(guān)在相同的封裝內提供不同類(lèi)型的開(kāi)關(guān)。例如，MAX4554系列器件可以配置為加載-感應開(kāi)關(guān)，用于自動(dòng)測試設備(ATE)中的開(kāi)爾文檢測。每款器件含有用于加載電流線(xiàn)的大電流低阻開(kāi)關(guān)，以及用于檢測電壓或切換保護信號的較高電阻開(kāi)關(guān)。±15V供電時(shí)，大電流開(kāi)關(guān)的RON僅為6Ω，感應開(kāi)關(guān)的RON為60Ω。加載-感應開(kāi)關(guān)適合于高精度測量系統，例如納伏和飛安表。加載感應開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)化了許多應用，例如在一個(gè)4線(xiàn)系統中，一個(gè)信號源在兩個(gè)負載間的切換，如圖13所示。
圖12. 4線(xiàn)加載-感應測量技術(shù)。
圖13. 使用MAX4555將4線(xiàn)加載-感應電路從一個(gè)源切換至兩個(gè)負載。
用于多通道應用的多路復用器和交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)
多路復用器(復用器)是特殊形式的模擬開(kāi)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(gè)SPDT開(kāi)關(guān)，或者許多可選通道的多種組合(圖14)。高階復用器的數字控制類(lèi)似于二進(jìn)制解碼器，需要使用數字輸入選擇相應的通道(例如，對于8通道復用器，需要三個(gè)數字輸入)。
多路輸出選擇器基本上是復用器的反向用法，即根據解碼的地址數據將一個(gè)輸入連接至兩個(gè)或多個(gè)輸出。許多復用器可用作多路輸出選擇器。
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(diǎn)開(kāi)關(guān)用于音頻/視頻路由、視頻點(diǎn)播、安保和監視系統。交叉點(diǎn)開(kāi)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)。這些器件能夠實(shí)現較大的陣列4。
校準型多路復用器修正ADC失調和增益誤差
校準型多路復用器(cal-mux)主要用于高精度ADC和其它自監測系統。一個(gè)封裝內部集成了多個(gè)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(kāi)關(guān)、內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系統中的兩個(gè)主要誤差：失調和增益誤差。利用內部精密分壓器，這些器件在微控制器串行接口控制下，只需幾個(gè)步驟即可測出增益和失調。知道ADC的失調和增益誤差后，系統軟件可建立修正系數，對后續輸出進(jìn)行修正后便可得到正確讀數。校準型多路復用器接下來(lái)就可作為一個(gè)普通的多路復用器使用，但具有周期性地對系統進(jìn)行校準的功能5。
USB開(kāi)關(guān)實(shí)現系統通信
通用串行總線(xiàn)(USB)是一種高速接口，使設備能夠通過(guò)標準接口進(jìn)行通信，也可用于從USB主機為從機設備供電。多個(gè)USB設備可連接至一臺計算機，采用模擬開(kāi)關(guān)將USB信號切換至不同設備6。大多數的最新USB應用也要求通過(guò)USB接口為便攜設備充電7。USB 2.0規范適用于高速信號，要求高帶寬/低電容的模擬開(kāi)關(guān)，如MAX14531E。
HDMI開(kāi)關(guān)實(shí)現數字音頻、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(wú)壓縮數字音頻/視頻信號。這種接口可實(shí)現高清TV (HDTV)、DVD播放機及其他HDMI兼容設備與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(xiàn)，用于紅、綠、藍(RGB)視頻通道和專(zhuān)用時(shí)鐘信號。理想HDMI開(kāi)關(guān)包括四個(gè)1:2或2:1差分線(xiàn)對開(kāi)關(guān)，采用n溝道結構，以實(shí)現低電容和RON(例如MAX4886)8。
Display端口和PCIe開(kāi)關(guān)提高點(diǎn)對點(diǎn)連接性能
外設組件互連(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(shí)現更高性能。PCI Express開(kāi)關(guān)能夠與單個(gè)或多個(gè)總線(xiàn)的不同信號源進(jìn)行互聯(lián)。PCI Express開(kāi)關(guān)的常見(jiàn)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(kāi)關(guān)設計用于在兩個(gè)可能的目標之間切換數據。例如，MAX4928A和MAX4928B支持在圖形內存控制器中心(GMCH)和display端口或PCIe連接器之間切換信號9。
用于工業(yè)和醫療應用的高壓開(kāi)關(guān)
高壓(HV)模擬開(kāi)關(guān)理想用于多種工業(yè)和醫療應用。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之間切換這些脈沖，就需要HV模擬開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)通常在整個(gè)輸入范圍內具有低導通電容和相當平坦的RON。HV開(kāi)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(kāi)關(guān)器件可通過(guò)SMBus或SPI接口進(jìn)行編程10, 11。
結論
本文實(shí)際上是一份設計指南，介紹了當今可供使用的多種模擬開(kāi)關(guān)的基礎知識。隨著(zhù)最近技術(shù)的進(jìn)步，集成式模擬開(kāi)關(guān)提供了更好的開(kāi)關(guān)特性、更低及更高的電源電壓，以及應用相關(guān)的設計。無(wú)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)品設計人員可以根據具體的應用挑選到合適的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品。
|
