第03章 模拟多路开关11.ppt

第3章 模拟多路开关 3．1 概述 模拟多路开关(简称多路开关)是一种重要器件，在多路被测信号共用一路A／D转换器的数据采集系统中(如图1—1所示)通常用来将多路被测信号分别传送到A／D转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。 多路开关可分为两类： 机电式，如舌簧继电器； 主要用于大电流、高电压、低速切换场所； 电子式。 主要用于小电流、低电压、高速切换场所。 电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系统的干扰小，因而在数据采集系统中得到广泛应用。 电子多路开关根据其结构可分为: 双极型晶体管开关 场效应晶体管开关 集成电路开关 双极型晶体管开关 工作速度快、导通电阻大，因为是电流控制器件，所以功耗大、集成度低，且只能沿一个方向传递信号电流。 场效应晶体管开关 又分为结型和绝缘栅型两种 结型场效应管 可以从两个方向对信号进行·开关控制，接通时间可做到10～100ns，导通电阻为5～1000；结型场效应管为分立器件，需要专门的电平转换电路来驱动，使用时不方便。 绝缘场效应管 分为PMOS，NMOS，CMOS三种类型 最常用的是CMOS型场效应管，其导通电阻Ron随信号电压变化时波动小，如图3—1所示。导通电阻Ron般可以小于100，而且开关接通时间短，可以小于100ns，易于和驱动电路集成。 集成电路开关 是将场效应管多路开关、地址计数器、译码器及控制电路等集成制造在一块芯片上而构成的器件 除了具有场效应管的特性外，还具有体积小、使用方便等优点。 3．2 多路开关的工作原理及主要技术指标 3.2.1 多路开关的工作原理 双极型晶体管开关 场效应管开关 集成多路开关 1. 双极型晶体管开关 3-2所示为双极型晶体管开关电路，它可以实现8路模拟信号切换，其工作原理如下： 如果要选择第1路模拟信号，则令通道控制信号 Uci＝0(低电平)，晶体管T1’截止，集电极输出为高电平，晶体管T1导通，输入信号电压Ui1被选中。如果忽略T的饱和管压降则UO＝Ui1 同理，当令通道控制信号Uc2＝0时，则选中第2路模拟信号U0＝Ui2。 在控制信号Uc1～Uc8中不能同时有两个或两个以上为零。 双极型晶体管特点 开关速度快，但它的漏电流大 开路电阻小，而导通电阻大。 另外，双极型晶体管为电流控制器件，基极控制电流会流入信号源。如果信号源的内阻比较大，就会使信号电压发生变化，影响转换精度。 2. 场效应管开关 场效应管为电压控制器件，不会发生上述双极型晶体管遇到的问题。 下面分别介绍结到场效应晶体管开关和绝缘栅场效应晶体管开关的工作原理。 ①结型场效应晶体管开关 ②绝缘栅场效应管开关 ①结型场效应晶体管开关 图3—3所示为8路P沟道结型场效应管多路开关，其中 T’1，T’2，…，T’8 是开关控制管 T1，T2，…，T8 为场效应开关晶体管。 它的工作原理如下： 当控制信号UC1＝1时，开关控制管T’1导通，集电极输出低电平，场效应管T1导通，UO=Ui1，选中第1路信号。 当Uc1＝0时，T’1截止，T1也截止，第1路输入信号被切断，其它各路与第1路相同。 ②绝缘栅场效应管开关 图3-4为8路P沟道绝缘栅场效应管多路开关，它的工作原理与结型场效应管多路开关类似，在此不再赘述。 在使用绝缘栅场效应晶体管时，应注意衬底不能开路，要加一定的保护阻压，P沟道加正电压，N沟道加负电压。 3．集成多路开关 前面介绍的几种多路开关都必须与地址计数器和译码器配合使用，才能在计算机的控制下分别选通各路模拟信号。 若将多路开关、计数器、译码器及控制电路全部制造在一块芯片上，这就构成集成多路开关。 图3-5为一个16路的集成多路开关， 模拟量输入部分由16个漏极连在一起的场效应管开关所组成， 开关驱动部分包括一个四位计数器和一个四-十六线译码器， 其工作原理如下 由计算机送出四位二进制数，如要选择第1路输入信号，则把计数器置成0001状态，经四-十六线译码器后，第1根线输出高电平，场效应管T1导通，UO＝Ui1，选中第1路信号。 如果要连续选通第1路到第3路的信号，可以在计数器加入计数脉冲；每加入一次脉冲，计数器加1，状态依次变为0001，0010，0011 3.2.2 多路开关的主要指标 多路开关的主要技术指标可综述如下： RON： 导通电阻 RONVS： 导通电阻温度漂移 Ic： 开关接通电流 Is: 开关断开时的泄漏电流 Cs： 开关断开时；开关对地电容 COUT： 开关断开时，输出端对地电容 tON ： 选通信号EN达到50%这一点时到开关接通时的延迟时间 tOFF： 选通信号EN达到50％这一点时到开关断开时的延迟时间 tOPEN： 开关切换时间，即当两个通道均为断开时，开关从