物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中可靠性高體積小功耗低的開關(guān)控制方案_模擬開關(guān)詳解

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用模擬開關(guān)

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用模擬開關(guān)的原因主要基于模擬開關(guān)的多個關(guān)鍵特性和其在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要作用。以下是詳細(xì)的解釋：

模擬開關(guān)的關(guān)鍵特性

精確控制電流：模擬開關(guān)具有精確控制電流的能力，可以在微觀尺度上調(diào)整電流的大小，使電流通過電路的部分或全部。這種特性在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中尤為重要，因為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往需要精細(xì)的電流控制來實現(xiàn)各種功能。

低功耗設(shè)計：模擬開關(guān)在開啟和關(guān)閉時，能將電流控制在最低可行范圍內(nèi)，有效減少能量消耗，避免不必要的能量浪費。這對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是那些依賴電池供電的設(shè)備來說，是至關(guān)重要的。

高穩(wěn)定性和長壽命：模擬開關(guān)在開關(guān)操作過程中幾乎沒有接觸電阻或機(jī)械磨損，從而提高了其使用壽命。此外，由于模擬開關(guān)精確控制電流，不會產(chǎn)生過大的電流沖擊，進(jìn)一步降低了元件的損壞風(fēng)險。這種穩(wěn)定性和長壽命的特性使得模擬開關(guān)在需要高可靠性和持久性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中非常重要。

便于集成和控制：模擬開關(guān)具有較小的尺寸和便于集成的特點，可以方便地嵌入到各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。同時，模擬開關(guān)也可以通過數(shù)字信號進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使得用戶可以靈活地控制電流的開啟和關(guān)閉。這種特性使得模擬開關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

模擬開關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用

信號切換與傳輸：模擬開關(guān)主要完成信號鏈路中的信號切換功能，采用MOS管的開關(guān)方式實現(xiàn)了對信號鏈路關(guān)斷或者打開。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，模擬開關(guān)可以確保信號在不同設(shè)備或模塊之間準(zhǔn)確、高效地傳輸。

優(yōu)化系統(tǒng)性能：通過精確控制電流和信號傳輸，模擬開關(guān)有助于優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能。例如，在需要精確控制設(shè)備狀態(tài)的場景中，模擬開關(guān)可以確保設(shè)備以最佳狀態(tài)運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

降低系統(tǒng)成本：由于模擬開關(guān)具有低功耗、高穩(wěn)定性和長壽命等特點，使用模擬開關(guān)可以降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體成本。例如，通過減少能量消耗和降低元件損壞率，模擬開關(guān)可以延長設(shè)備的使用壽命并降低維護(hù)成本。

本文會再為大家詳解傳感器家族中的一員——模擬開關(guān)。

模擬開關(guān)定義

模擬開關(guān)，英文名Analog switches；主要是完成信號鏈路中的信號切換功能，用模擬器件的特性實現(xiàn)，稱為模擬開關(guān)。模擬開關(guān)是一種三穩(wěn)態(tài)電路，它可以根據(jù)選通端的電平，決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當(dāng)選通端處在選通狀態(tài)時，輸出端的狀態(tài)取決于輸入端的狀態(tài)；當(dāng)選通端處于截止?fàn)顟B(tài)時，則不管輸入端電平如何，輸出端都呈高阻狀態(tài)。模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號或斷開信號的作用。由于模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機(jī)械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。

模擬開關(guān)與其他開關(guān)對比

模擬開關(guān)與普通機(jī)械開關(guān)對比

模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號或斷開信號的作用。與其他機(jī)械開關(guān)相比，模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機(jī)械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。

模擬開關(guān)與數(shù)字開關(guān)對比

當(dāng)模擬開關(guān)集成芯片（IC）開啟時，會將模擬和數(shù)字信號從輸入引腳傳導(dǎo)到輸出引腳，而且無論信號的傳播方向如何，它們都可以傳輸模擬信號和數(shù)字信號。而數(shù)字開關(guān)只能接受數(shù)字信號，并在輸出引腳上復(fù)制輸入引腳上的邏輯電平。當(dāng)模擬開關(guān)關(guān)閉時，模擬開關(guān)還可在其端子處隔離設(shè)備，而數(shù)字開關(guān)關(guān)閉時，它將返回默認(rèn)邏輯狀態(tài)。

模擬開關(guān)與繼電器差別

控制方式的不同

繼電器是通過電磁吸合機(jī)構(gòu)控制回路的開關(guān)元件，其控制方式基于數(shù)字信號，例如計算機(jī)信號或PLC控制信號等。而模擬開關(guān)則通過機(jī)械結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體元件實現(xiàn)開關(guān)功能，控制方式基于模擬信號，如電壓或電流等。

工作原理的不同

繼電器的原理是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的磁力來控制開關(guān)動作，電磁線圈產(chǎn)生磁場后吸引動作部件，觸點實現(xiàn)閉合或斷開。而模擬開關(guān)則是通過機(jī)械或電子元件的物理特性來實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的改變，例如調(diào)節(jié)電阻或電容等。

精度和電氣特性的不同

在精度方面，繼電器的動作時間和重復(fù)性相對較差，普遍在幾毫秒至幾十毫秒之間，而模擬開關(guān)的操作精度比較高，通常在數(shù)微秒至數(shù)毫秒之間。同時，繼電器的絕緣性和電流承載能力相比模擬開關(guān)也更強(qiáng)，但正因如此，繼電器的價格相對較高，體積也較大，而模擬開關(guān)則更為輕便和便宜。

應(yīng)用場景的不同

繼電器適用于需要控制高電流或高壓電路的場合，例如電力系統(tǒng)、通信等領(lǐng)域。而模擬開關(guān)則適用于需要精細(xì)調(diào)節(jié)或直接控制模擬信號的場合，例如音頻系統(tǒng)、傳感器應(yīng)用等領(lǐng)域。

模擬開關(guān)的工作原理

模擬開關(guān)電路由兩個或非門、兩個場效應(yīng)管及一個非門組成，如圖一所示。模擬開關(guān)的真值表見下表。

模擬開關(guān)的工作原理如下：當(dāng)選通端Ｅ和輸人端Ａ同為1時，則S2端為０，Ｓ1端為１，這時ＶＴ1導(dǎo)通，ＶＴ2截止，輸出端Ｂ輸出為１，Ａ=Ｂ，相當(dāng)于輸入端和輸出端接通。

當(dāng)選通Ｅ為0時，而輸人端Ａ為０時，則S2端為1，S1端為０，這時ＶＴ1截止，VT2導(dǎo)通，輸出端Ｂ為０，Ａ＝Ｂ，也相當(dāng)于輸人端和輸出端接通。

當(dāng)選通端Ｅ為０時，這時ＶＴ1和ＶＴ2均為截止?fàn)顟B(tài)，電路輸出呈高阻狀態(tài)。

從上面的分析可以看出，只有當(dāng)選通端Ｅ為高電平時，模擬開關(guān)才會被接通，此時可從Ａ向Ｂ傳送信息；當(dāng)輸人端Ａ為低電平時，模擬開關(guān)關(guān)閉，停止傳送信息。

模擬開關(guān)的分類

由于采用了MOS管的開斷性能，模擬開關(guān)回路可以實現(xiàn)較高的關(guān)斷阻抗，一般是兆歐姆以上的關(guān)斷阻抗；和很低的導(dǎo)通阻抗，一般為幾個歐姆級別，因此可以很好的實現(xiàn)信號鏈路切換和斷開隔離的作用。根據(jù)應(yīng)用需求不同；模擬開關(guān)可以分為音頻模擬開關(guān)、視頻模擬開關(guān)、通用模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)等。

多路模擬開關(guān)

是從多個模擬輸入信號中切換選擇所需輸入通道模擬輸入信號電路。場效應(yīng)晶體管作為模擬開關(guān)而得到廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點是工作速度可達(dá)10的6次方次/3，導(dǎo)通電阻低（5~25歐），截止電阻高達(dá)10的10次方歐。

研究表明：只有正確選擇多路開關(guān)的種類，注意多路開關(guān)與相關(guān)電路的合理搭配與協(xié)調(diào),保證各電路單元有合

適的工作狀態(tài)，才能充分發(fā)揮多路開關(guān)的性能，甚至彌補(bǔ)某性能指標(biāo)的欠缺,收到預(yù)期的效果。目前市場上的多路開關(guān)以CMOS電路為主。

模擬開關(guān)的性能指標(biāo)

模擬開關(guān)由于采用的是集成MOS管作為開關(guān)的器件實現(xiàn)開關(guān)功能；由于MOS管自身物理特性，在使用的時候需要注意一下幾個性能指標(biāo)：

開關(guān)速度：

模擬開關(guān)的開關(guān)速度一般能達(dá)到兆Hz的速度，可以快速實現(xiàn)鏈路切換。

開關(guān)耐壓：

模擬開由于其應(yīng)用的信號鏈路為電子板低壓工作環(huán)境，關(guān)耐壓值一般在15v以內(nèi)；常見的有3.3v、5v、12v、15、等最大耐壓值；選擇時必須注意信號鏈路的最大電壓與器件最大耐壓值。

開關(guān)最大電流：

模擬開關(guān)的導(dǎo)通能夠承受的最大電流值，現(xiàn)在常見的模擬開關(guān)的開關(guān)最大電流一般在幾百毫安以內(nèi)；安培級別的模擬開關(guān)很少。

導(dǎo)通電阻：

常見的模擬開關(guān)的導(dǎo)通阻抗一般從幾個歐姆到100歐姆之間；在模擬信號和弱信號設(shè)計的時候使用模擬開關(guān)必須注意這個參數(shù)。

關(guān)斷阻抗：

關(guān)斷阻抗代表著開關(guān)的關(guān)斷能力，關(guān)斷好壞，一般產(chǎn)品的關(guān)斷阻抗足以達(dá)到抑制相鄰兩個信號鏈路相互干擾的能力。

供應(yīng)商A：江蘇潤石科技

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1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊

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（2）主推型號1：RS2057

對應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

硬件參考設(shè)計

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

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審核編輯 黃宇