盡(jin)管(guan)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)具(ju)有(you)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)不(bu)可(ke)取(qu)代(dai)的(de)優(you)勢(shi)
，然(ran)而(er)它(ta)的(de)應(ying)用(yong)較(jiao)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)稍(shao)微(wei)複(fu)雜(za)些(xie)
，初(chu)次(ci)使(shi)用(yong)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)的(de)工(gong)程(cheng)人(ren)員(yuan)往(wang)往(wang)會(hui)由(you)於(yu)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)使(shi)用(yong)不(bu)當(dang)，引(yin)起(qi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)故(gu)障(zhang)。本(ben)文(wen)通(tong)過(guo)將(jiang)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)與(yu)普(pu)通(tong)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)作(zuo)比(bi)較(jiao)，論(lun)述(shu)了(le)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)的(de)若(ruo)幹(gan)基(ji)本(ben)概(gai)念(nian)，並(bing)結(jie)合(he)實(shi)例(li)對(dui)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)應(ying)用(yong)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)。

　　模擬開關的模擬特性

　　許(xu)多(duo)工(gong)程(cheng)師(shi)第(di)一(yi)次(ci)使(shi)用(yong)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)，往(wang)往(wang)會(hui)把(ba)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)完(wan)全(quan)等(deng)同(tong)於(yu)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)。其(qi)實(shi)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)雖(sui)然(ran)具(ju)備(bei)開(kai)關(guan)性(xing)，但(dan)和(he)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)，它(ta)本(ben)身(shen)還(hai)具(ju)有(you)半(ban)導(dao)體(ti)特(te)性(xing)：

　　1. 導通電阻（Ron）隨輸入信號（VIN）變化而變化

　　圖1a是模擬開關的簡單示意圖，由圖中可以看出模擬開關的常開常閉通道實際上是由兩個對偶的N溝道MOSFET與P溝道MOSFET構成，可使信號雙向傳輸
，如果將不同VIN值所對應的P溝道MOSFET與N溝道MOSFET的導通電阻並聯
，可得到圖1b並聯結構下Ron隨輸入電壓（VIN）的變化關係，如果不考慮溫度、電源電壓的影響
，Ron隨Vin呈線性關係，將導致插入損耗的變化
，使模擬開關產生總諧波失真（THD）。此外
，Ron也受電源電壓的影響

，通常隨著電源電壓的上升而減小。

　　圖1：a. 模擬開關原理圖；b. 模擬開關導通電阻與輸入電壓關係

　　2. 模擬開關輸入有嚴格的輸入信號範圍

　　由於模擬開關是半導體器件，當輸入信號過低（低於零電勢）或者過高（高於電源電壓）時
，MOSFET處於反向偏置，當電壓達到某一值時（超出限值0.3V）

，此時開關無法正常工作，嚴重者甚至損壞。因此模擬開關在應用中
，一定要注意輸入信號不要超出規定的範圍。

　　3. 注入電荷

　　應用機械開關我們當然希望Ron越低越好
，因為低阻可以降低信號的損耗。然而對於模擬開關而言，低Ron並非適用於所有的應用，較低的Ron需要占據較大的芯片麵積，從而產生較大的輸入電容，在每個開關周期其充電和放電過程會消耗更多的電流。時間常數t=RC，充電時間取決於負載電阻（R）和電容（C），一般持續幾十納秒。這說明低Ron具有更長的導通和關斷時間。為此，選擇模擬開關應該綜合權衡Ron和注入電荷。

　　4. 開關斷開時仍會有感應信號漏出

　　這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)指(zhi)的(de)是(shi)當(dang)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)傳(chuan)輸(shu)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)時(shi)
，在(zai)斷(duan)開(kai)情(qing)況(kuang)下(xia)，仍(reng)然(ran)會(hui)有(you)一(yi)部(bu)分(fen)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)感(gan)應(ying)由(you)輸(shu)入(ru)端(duan)傳(chuan)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)，或(huo)者(zhe)由(you)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)傳(chuan)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)。通(tong)常(chang)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)，信(xin)號(hao)泄(xie)漏(lou)的(de)程(cheng)度(du)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。

　　5. 傳輸電流比較小

　　模擬開關不同於機械開關
，它通常隻能傳輸小電流，目前CMOS工藝的模擬開關允許連續傳輸的電流大多小於500mA。

　　6. 邏輯控製端驅動電流極小

　　機械開關邏輯控製端的驅動電流往往都是毫安級，有時單純靠數字I/O很難驅動。而模擬開關的邏輯控製端驅動電流極小，一般低於納安級。因此，它完全可以由數字I/O直接驅動，從而達到降低功耗
、簡化電路的目的。

　　模擬開關的開關特性

　　既然稱之為模擬開關

，自然它還具有開關性，具體表現如下：

　　1. 信號可雙向傳輸

　　有you些xie人ren習xi慣guan於yu把ba模mo擬ni開kai關guan的de兩liang個ge常chang開kai常chang閉bi端duan稱cheng之zhi為wei輸shu入ru端duan，公gong共gong端duan稱cheng之zhi為wei輸shu出chu端duan，其qi實shi這zhe隻zhi是shi根gen據ju模mo擬ni開kai關guan的de具ju體ti應ying用yong給gei予yu的de臨lin時shi定ding義yi。模mo擬ni開kai關guan大da多duo可ke以yi使shi信xin號hao雙shuang向xiang傳chuan輸shu
，如ru果guo忽hu略lve這zhe一yi點dian，就jiu很hen容rong易yi使shi電dian路lu生sheng成cheng問wen題ti，比bi如ru將jiang電dian壓ya反fan向xiang偏pian置zhi、電流倒灌等。

　　2. 開關斷開後漏電流極小

　　模擬開關在斷開（OFF）時會呈現高阻狀態，兩傳輸端間的漏電流極小，一般隻有納安級以下，如SGM3001、SGM3002和SGM3005係列模擬開關
，其斷開後的漏電流均為1nA。這麼微弱的電流在應用中可忽略不計，模擬開關此時可被認為是理想斷開的。

　　總zong之zhi
，模mo擬ni開kai關guan是shi具ju有you開kai關guan功gong能neng的de半ban導dao體ti器qi件jian
，在zai應ying用yong過guo程cheng中zhong既ji要yao充chong分fen利li用yong它ta的de開kai關guan功gong能neng，又you要yao考kao慮lv它ta的de半ban導dao體ti特te性xing
，否fou則ze可ke能neng會hui出chu現xian意yi想xiang不bu到dao的de麻ma煩fan。

　　模擬開關應用實例分析

　　圖2是一音響設備前端放大及信號選通部分電路，其中選用了SGM324（四通道運算放大器）和SGM3002（雙通道模擬開關）。

　　圖2：音響前端放大及信號選通電路

　　該方案設計本意是當Input=0時，Line_outL和Line_outR音頻信號選通；當Input=1時
，Phone_outL和Phone_outR音頻信號選通。然而當實驗機做出後，設計者發現當Input=1時，Line_outL和Line_outR通道有相當一部分信號分別漏到D1和D2端。應用網絡分析儀HP/Agilent 3589A測試SGM3002的關斷隔離度，當輸入信號為10kHz時，SGM3002的關斷隔離度僅為-120dB，因此芯片應該沒有問題。

　　事實上

，該電路在模擬開關應用上存在下麵兩處錯誤：

　　1. 模擬開關的輸入信號缺少一個直流偏置

　　圖2中模擬開關部分電路可以等效成圖3，本文第一部分曾經提到模擬開關輸入信號輸入不能為負。

　　圖3：模擬開關等效電路

　　通常來講，CMOS工藝的模擬開關輸入信號最小隻能到-0.3V，如果再低於這個值
，芯片將不能正常工作
，甚至會損壞。圖2中模擬開關輸入信號沒有直流偏置
，所以輸入信號有一部分處於負值區，模擬開關自然無法正常工作。

　　解決辦法：將電容C2、C3均去掉，模擬開關輸入信號便有了1/2VDC的直流偏置信號，此時模擬開關便可以軌到軌工作。此外，由於模擬開關公共端後麵加了電容
，所以直流信號依然可以被有效地隔離。

　　2. 在D1和D2端缺少耦合電阻

　　當模擬開關在斷開的情況下，其輸入與輸出端等效串聯了一個電容C，如果再假設在模擬開關輸出端到地之間有一個等效電阻R，則模擬開關在斷開時的等效電路如圖4所示。

　　圖4：模擬開關斷開時的等效電路

　　此時的模擬開關其實等效為一個RC濾波電路，由此不難得出以下公式：

　　其中，uout為模擬開關輸出信號；uin為模擬開關輸入信號
；R為模擬開關輸出端電阻負載；C為模擬開關斷開時等效電容；f為輸入信號頻率。

　　由於模擬開關等效電容C會設計成很小，所以當輸入信號f處於音頻區時
，增益A由R和f同時決定。當R取值較小時
，f起主導作用，此時A《《1
，信號被有效隔離。當R取值較大時，此時R起主導作用

，此時A—》1，信號幾乎被完全泄漏過來。所以當輸出端懸空時，其輸出端與地之間電阻R—》+∞
，此時模擬開關完全導通。

　　修xiu正zheng以yi上shang兩liang個ge錯cuo誤wu後hou，該gai音yin頻pin應ying用yong電dian路lu便bian可ke以yi正zheng常chang工gong作zuo了le。由you以yi上shang實shi例li可ke以yi看kan出chu，充chong分fen理li解jie模mo擬ni開kai關guan的de基ji本ben概gai念nian是shi正zheng確que應ying用yong模mo擬ni開kai關guan的de基ji礎chu。






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