模擬開關(guān)

模擬開關(guān)簡(jiǎn)介

　　模擬開關(guān)主要是完成信號(hào)鏈路中的信號(hào)切換功能。采用MOS管的開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)鏈路關(guān)斷或者打開；由于其功能類似于開關(guān)，而用模擬器件的特性實(shí)現(xiàn)，成為模擬開關(guān)。模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號(hào)或斷開信號(hào)的作用。由于模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機(jī)械觸點(diǎn)、體積小和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而，在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。模擬開關(guān)

　　模擬開關(guān)，英文名Analog switches；主要是完成信號(hào)鏈路中的信號(hào)切換功能。采用MOS管的開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)鏈路關(guān)斷或者打開；由于其功能類似于開關(guān)，而用模擬器件的特性實(shí)現(xiàn)，成為模擬開關(guān)。

模擬開關(guān)百科

　　模擬開關(guān)主要是完成信號(hào)鏈路中的信號(hào)切換功能。采用MOS管的開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)鏈路關(guān)斷或者打開；由于其功能類似于開關(guān)，而用模擬器件的特性實(shí)現(xiàn)，成為模擬開關(guān)。模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號(hào)或斷開信號(hào)的作用。由于模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機(jī)械觸點(diǎn)、體積小和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而，在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。模擬開關(guān)

　　模擬開關(guān)，英文名Analog switches；主要是完成信號(hào)鏈路中的信號(hào)切換功能。采用MOS管的開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)鏈路關(guān)斷或者打開；由于其功能類似于開關(guān)，而用模擬器件的特性實(shí)現(xiàn)，成為模擬開關(guān)。

　　分類

　　由于采用了MOS管的開斷性能，模擬開關(guān)回路可以實(shí)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(gè)歐姆級(jí)別，因此可以很好的實(shí)現(xiàn)信號(hào)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)、數(shù)字開關(guān)、通用模擬開關(guān)等。

　　多路模擬開關(guān)是從多個(gè)模擬輸入信號(hào)中切換選擇所需輸入通道模擬輸入信號(hào)電路。場(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)上的多路開關(guān)以CMOS電路為主。

　　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(shí)現(xiàn)開關(guān)功能；由于MOS管自身物理特性，在使用的時(shí)候需要注意一下幾個(gè)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(shí)現(xiàn)鏈路切換。

　　開關(guān)耐壓：模擬開由于其應(yīng)用的信號(hào)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(shí)必須注意信號(hào)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(jí)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(gè)歐姆到100歐姆之間；在模擬信號(hào)和弱信號(hào)設(shè)計(jì)的時(shí)候使用模擬開關(guān)必須注意這個(gè)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(gè)信號(hào)鏈路相互干擾的能力。

　　幾種特殊的模擬開關(guān)：

　　1、高頻T型開關(guān)T 型開關(guān)適用于視頻及其它頻率高于10MHz的應(yīng)用，如圖4 所示，它由兩個(gè)模擬開關(guān)（S1、S3）串聯(lián)組成，另一開關(guān)S2 接在地和S1、S3的交點(diǎn)之間，這種結(jié)構(gòu)的開關(guān)其關(guān)斷隔離高于單個(gè)開關(guān)，由于寄生電容與每個(gè)串聯(lián)開關(guān)并聯(lián)，斷開狀態(tài)的T 型開關(guān)其容性串?dāng)_隨頻率的提高而增大。因此，影響開關(guān)高頻特性的關(guān)鍵在于開關(guān)的斷開狀態(tài)而不是接通狀態(tài)［2］ 。當(dāng)T 型開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，S1 和S3 閉合，S2 斷開;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，S1、S2 斷開，S3 閉合，此時(shí)，那些要通過串聯(lián)MOSFET 的寄生電容耦合到輸出端的輸入信號(hào)被S3 旁路，斷開狀態(tài)下的10MHz 視頻T 型開關(guān)（MAX4545）的關(guān)斷隔離達(dá)-80dB，而標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)（MAX312）的關(guān)斷隔離度只有-36dB。2、微型封裝CMOS開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)還包括小的封裝尺寸，如6腳SOT23開關(guān)不含任何機(jī)械部件（與舌簧繼電器不同），Maxim 提供的小型視頻開關(guān)（MAX4529）及標(biāo)準(zhǔn)的低電壓SPDT 開關(guān)（MAX4544）均采用6 腳SOT23 封裝，供電范圍為2.7V 至12V。另外，Maxim 具有多種如同CD4066 的通用模擬開關(guān)，例如新發(fā)布的MAX4610-MAX4612 低成本四模擬開關(guān)，其中，MAX4610 引腳兼容于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4066，而且能夠工作在更低的電源電壓（低至2V），具有較高的精度，通道間最大失配電阻為4Ω;平坦度在8Ω以內(nèi)。這些型號(hào)有三種不同的開關(guān)設(shè)置，低導(dǎo)通電阻（5V時(shí)小于100Ω）適用于低電壓應(yīng)用，采用緊湊的14 腳TSSOP 封裝（6.5 x 5.1 x 1.1 mm3）解決了線路板尺寸緊張問題［2］ 。3、ESD保護(hù)開關(guān)基于Maxim 成功的ESD 保護(hù)接口產(chǎn)品，±15kV ESD 保護(hù)電路被引入到某些模擬開關(guān)中，新推出的可承受±15kV 靜電沖擊的模擬開關(guān)完全符合IEC1000-4-2 Level 4 標(biāo)準(zhǔn)，所有模擬輸入通路均經(jīng)過人體模型ESD 檢測(cè)和IEC1000-4-2 規(guī)定的空氣間隙放電模式檢驗(yàn)。MAX4551-4553 引腳與多種標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)（如DG201/211 和MAX391 等）兼容，針對(duì)多路復(fù)用器系列產(chǎn)品，如74HC4051 和MAX4581，Maxim 還研制生產(chǎn)了帶有ESD 保護(hù)的多路復(fù)用器。在新的設(shè)計(jì)中，無需再采用昂貴的TranszorbsTM器件對(duì)模擬輸入進(jìn)行保護(hù)。4、故障保護(hù)型開關(guān)模擬開關(guān)的電源電壓限制了輸入信號(hào)的范圍，一般情況下，這種限制對(duì)模擬開關(guān)的使用沒有影響，但在某些應(yīng)用中，系統(tǒng)斷電時(shí)模擬開關(guān)的輸入端仍有信號(hào)存在，此時(shí)，由于輸入信號(hào)超出了電源電壓的范圍，將造成開關(guān)的永久性損壞。Maxim 帶有故障保護(hù)的新型模擬開關(guān)和多路復(fù)用器能夠提供±25V 的過壓保護(hù)，掉電時(shí)保護(hù)電壓達(dá)±40V，同時(shí)可處理滿電源擺幅信號(hào)，并具有較低的導(dǎo)通電阻。故障狀態(tài)下，輸入端被置成高阻態(tài)，與開關(guān)狀態(tài)和負(fù)載電阻無關(guān)，只有nA級(jí)的泄漏電流流過信號(hào)源［2］ 。5、加載-感應(yīng)開關(guān)在過去幾年中，Maxim 推出了一系列新型模擬開關(guān)，其中MAX4554-MAX4556 加載-感應(yīng)型開關(guān)，適用于自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備（ATE）中的Kelvin 檢測(cè)。每中型號(hào)包含有用于加載電流的低電阻、大電流開關(guān)和用于檢測(cè)電壓或切換保護(hù)線的高阻開關(guān)。±15V 供電時(shí)，電流開關(guān)導(dǎo)通電阻僅6Ω，感應(yīng)開關(guān)導(dǎo)通電阻為60Ω，MAX4556內(nèi)置三路SPDT開關(guān)。加載感應(yīng)開關(guān)主要用于高精度系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)（圖5），在4線測(cè)量中，2線為負(fù)載加載電壓或電流，其余2 線直接與負(fù)載感應(yīng)線連接。2 線系統(tǒng)中，負(fù)載電壓感應(yīng)線與加載線連接到負(fù)載的兩端。由于加載電壓或電流會(huì)沿線產(chǎn)生壓降，所以負(fù)載電壓比信號(hào)源電壓略低，負(fù)載與信號(hào)源間的距離以及負(fù)載電流、導(dǎo)通電阻等都將造成負(fù)載電壓的衰減。采用4線方式可減小信號(hào)衰落，4 線方式中的2 條附加電壓感應(yīng)線上流過的電流可忽略。新型加載感應(yīng)開關(guān)簡(jiǎn)化了許多應(yīng)用，例如nV級(jí)電壓表、飛歐級(jí)電阻計(jì)等［2］ 。6、校準(zhǔn)型多路復(fù)用器校準(zhǔn)型多路復(fù)用器（Cal-muxes）主要用于高精度A/D 轉(zhuǎn)換器和自監(jiān)控系統(tǒng)，芯片內(nèi)的組合結(jié)構(gòu)主要包括：從輸入基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生精密電壓比的模擬開關(guān)，高精度電阻分壓器，用于選擇不同輸入的多路復(fù)用器。該類器件中，MAX4539 和MAX4540 可用于修正A/D 轉(zhuǎn)換中的兩個(gè)主要誤差：失調(diào)誤差與增益誤差。利用內(nèi)部精密的分壓器，在微處理器的串行接口控制下測(cè)量增益和失調(diào)電壓，參考比為15/4096 和4081/4096，精確到15 位，對(duì)于基準(zhǔn)為4.096V的A/D轉(zhuǎn)換器，15/4096倍的基準(zhǔn)電壓為15mV，二進(jìn)制數(shù)字輸出為000000001111，為測(cè)量失調(diào)誤差，控制器記錄二進(jìn)制數(shù)000000001111 與ADC 實(shí)際輸出之差，用該誤差值對(duì)失調(diào)電壓加以修正。為測(cè)量增益誤差，校準(zhǔn)多路復(fù)用器用4081/4096 代替（VREFHI - VREFLO），微控制器記錄二進(jìn)制數(shù)111111110000 與ADC 實(shí)際輸出之差，已知ADC 的失調(diào)誤差和增益誤差后，系統(tǒng)軟件可建立修正系數(shù)，調(diào)節(jié)后續(xù)輸出到修正值。

　　選擇合適的CMOS模擬開關(guān)

　　集成模擬開關(guān)通常在模擬信號(hào)和數(shù)字控制器之間構(gòu)建接口，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在面對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上大量的模擬開關(guān)時(shí)，需要考慮多項(xiàng)規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)的CMOS開關(guān)經(jīng)過35年的發(fā)展歷程，演進(jìn)出了許多針對(duì)特定應(yīng)用的開關(guān)電路。

　　本文回顧了標(biāo)準(zhǔn)CMOS模擬開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和通用模擬開關(guān)的一些基本參數(shù)，比如導(dǎo)通電阻（RON）、RON平坦度、泄漏、電荷注入和關(guān)斷隔離。文章討論了新型模擬開關(guān)的性能改進(jìn)：更好的開關(guān)特性、更低的工作電壓和更小封裝，以及一些特殊應(yīng)用的需求，比如：故障保護(hù)、ESD保護(hù)、校準(zhǔn)復(fù)用器和加載/感應(yīng)能力。介紹了視頻、高速USB、HDMI®和PCIe®應(yīng)用的特殊開關(guān)。

　　標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)的基本原理

　　傳統(tǒng)模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過并聯(lián)一個(gè)n溝道和一個(gè)p溝道MOSFET，信號(hào)可以雙向流通。輸入到輸出的電壓比值決定n或者p溝道是否可以承載更大的信號(hào)電流。因?yàn)殡娐窙]有特定的電流流向，所以也沒有嚴(yán)格的輸入和輸出定義。內(nèi)部同相和反相放大器決定兩個(gè)MOSFET的開、關(guān)狀態(tài)。放大器根據(jù)控制信號(hào)是CMOS電平還是TTL電平，模擬電源是單電源還是雙電源，對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

　　圖1. 典型模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由n溝道和p溝道MOSFET組成。

　　如今許多半導(dǎo)體公司生產(chǎn)廠家提供傳統(tǒng)的模擬開關(guān)，比如早期的CD4066。Maxim也提供諸如MAX4610的模擬開關(guān)，與這些早期開關(guān)管腳兼容，但擁有更好的性能。例如，一些和CD4066管腳兼容的開關(guān)可提供比CD4066更低的RON和更高精度。

　　相比基本的模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)，新型開關(guān)在架構(gòu)上也有一些調(diào)整，例如，一些低電容模擬開關(guān)（MAX4887等）只使用n溝道MOSFET，避免使用對(duì)模擬開關(guān)帶寬影響較大的p溝道MOSFET。

　　有些單電源供電的模擬開關(guān)利用電荷泵滿足負(fù)壓信號(hào)處理能力。比如，音頻模擬開關(guān)MAX14504，供電電壓從+2.3VCC到+5.5VCC，內(nèi)部電荷泵確保無失真切換-VCC到+VCC的信號(hào)。除了功能上的改進(jìn)，許多最新的工業(yè)模擬開關(guān)的封裝尺寸也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于早期型號(hào)。

　　低導(dǎo)通電阻（RON）降低信號(hào)損失

　　不同VIN下p溝道和n溝道MOSFET導(dǎo)通電阻RON相并聯(lián)，得到開關(guān)導(dǎo)通電阻RON的特性（圖2）。如果排除溫度、電源電壓的影響，以及RON隨模擬輸入電壓的變化，RON應(yīng)該隨VIN呈線性變化關(guān)系。理想狀況下，為了保持盡可能低的信號(hào)損耗和信號(hào)延遲，應(yīng)盡可能減小RON。但是，減小RON會(huì)提高M(jìn)OSFET硅片的寬度/長(zhǎng)度之比（W/L），從而產(chǎn)生較大的寄生電容并占用較大的硅片面積。較大的寄生電容降低了模擬開關(guān)的帶寬。除了W、L，RON還與電子和空穴（µn和µp）的遷移率、氧化物電容（COX）、門限電壓（VT）、信號(hào)電壓、n溝道/p溝道MOSFET的VGS （VIN）存在復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，如式1a和1b所示。

　　減小RON和寄生電容、改善整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)RON與VIN的線性關(guān)系，通常是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的主要目標(biāo)。

　　圖2. RON和VIN的關(guān)系曲線，圖1中n溝道和p溝道的RON并聯(lián)構(gòu)成開關(guān)的導(dǎo)通電阻。

　　（式1a）

　　（式1b）

　　表1. 低電阻開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω， max）RON Flatness （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）Charge Injection （pC， typ）Supply Voltage Range （V）Package

　　MAX14535E1 DPDT; NO0.3510—0.003**90000/40000—2.4 to 5.510-UTQFN

　　MAX4715/MAX47161 SPST; NO/NC0.41—0.0918/12201.6 to 3.65-SC70

　　MAX47354 SPDT0.4200.030.75200/1801001.6 to 3.616-TQFN/TSSOP

　　MAX145042 SPDT; bidirectional0.550—0.001**60000/3000—2.3 to 5.512-WLP

　　MAX46261 SPST; NO0.52—0.150/30401.8 to 5.55-SOT

　　MAX47422 DPST; NC0.810.080.1824/16281.6 to 3.68-µDFN/µMAX®/SOT

　　MAX47544 DPDT0.8530.350.4140/503001.8 to 5.516-TQFN/UCSP

　　MAX4758/MAX47594 DPDT/8 SPDT0.8550.350.45140/50401.8 to 5.536-TQFN; 32-UCSP/WLP

　　MAX4751/MAX47524 SPST; NO/NC0.92.50.120.130/25211.6 to 3.616-QFN/14-TSSOP

　　MAX48552 SPDT120.120.27560/401702 to 5.516-TQFN

　　MAX47833 SPDT120.40.225/15-401.6 to 3.616-QFN/TQFN/TSSOP

　　MAX4680/MAX4690/MAX47002 SPST; NC/NO/NO-NC1.250.50.30.3275/175550±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（W）/SSOP

　　MAX4677/MAX4678/MAX46794 SPST; NC/NO/NO-NC1.610.30.4350/15085±2.7 to ±5.516-PDIP（N）/TSSOP

　　MAX46881 SPDT2.50.50.4130/12401.8 to 5.56-UCSP

　　MAX4661/MAX4662/MAX46634 SPST; NC/NO/NO-NC2.50.50.50.5275/175300±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（W）/SSOP

　　MAX46672 SPST; NC2.50.50.40.4275/175450±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX4706/MAX47071 SPST; NC/NO31—0.8520/1551.8 to 5.56-µDFN/SC70; 5-SC70

　　MAX4675/MAX46761 SPST; NO/NC31—0.7300/11087±2.7 to ±5.56-SOT

　　MAX46744 SPDT40.50.40.818/6101.8 to 5.516-QSOP/SOIC/TQFN/TSSOP

　　MAX4664/MAX4665/MAX46664 SPST; NC/NO/NO-NC40.50.50.5275/175300±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX47394 SPST; NO-NC4.50.50.41.280/4051.8 to 5.514-TSSOP/UCSP

　　MAX4621/MAX4622/MAX46232 SPST; NO/2 SPDT/2 DPST; NO50.50.50.5250/200480±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX4947/MAX49486 SPDT; bidirectional5.530.51800/800101.8 to 5.524-TQFN/25-UCSP

　　MAX4729/MAX47301 SPDT5.520.15/0.341.5/0.9545/2631.8 to 5.56-µDFN/SC70

　　MAX46708 SPDT; NO-NC910000.150.18400/200202.7 to 3.632-TQFN

　　MAX14756/MAX14757/MAX147584 SPST; NC/NO/NO-NC102.50.50.004**60000/3000580±10 to ±3516-TSSOP

　　*最新信息，請(qǐng)參考IC數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　第一代的模擬開關(guān)工作電壓為±20V，導(dǎo)通電阻有幾百歐姆。最新的開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)0.5Ω最大值的導(dǎo)通電阻，電源電壓也更低。工作電壓對(duì)RON有很大影響（如圖3A），工作信號(hào)對(duì)RON影響也很大（如圖3B）。在這個(gè)例子中，MAX4992的信號(hào)和電源電壓變化范圍為：1.8V到5.5V，當(dāng)電源電壓較低時(shí)，導(dǎo)通電阻會(huì)增大（圖3A）。當(dāng)工作電壓分別為1.8V、2.7V、3.3V、5V時(shí)，導(dǎo)通電阻的最大值分別為0.38Ω、0.3Ω、0.28Ω和0.25Ω。許多新型模擬開關(guān)工作電壓可低至1.6V。MAX4992可以在單電源供電的情況下達(dá)到很低的RON和RON平坦度（1mΩ）。圖3B對(duì)比了在5V供電情況下，新老模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻。

　　圖3A. 高供電電壓下，可獲得低導(dǎo)通電阻。此圖是MAX4994 （單電源）的RON和VCOM對(duì)比圖。

　　圖3B. 與早期型號(hào)模擬開關(guān)RON的比較。

　　當(dāng)為單電源供電系統(tǒng)選擇開關(guān)時(shí)，最好選擇專為單電源供電設(shè)計(jì)的開關(guān)。這些器件因?yàn)椴恍枰獑为?dú)的V-和接地而省去一個(gè)管腳。因此，一個(gè)單刀雙擲開關(guān)（例如MAX4714）可以放進(jìn)微小的6引腳、1.6mm² µDFN封裝。同樣雙電源應(yīng)用選擇雙電源供電開關(guān)。這些開關(guān)有V-和接地引腳，邏輯電平滿足標(biāo)準(zhǔn)的CMOS和TTL電平。

　　許多高性能模擬系統(tǒng)仍然使用高壓、雙極性電源供電（如MAX14756），如±15V或±12V。這些電壓的接口需要一個(gè)額外的電源引腳，通常稱作邏輯電源。邏輯電源管腳（VL）連接到系統(tǒng)的邏輯電平，通常是1.8V或3.3V。使輸入邏輯信號(hào)與實(shí)際邏輯電平保持相同的參考點(diǎn)，以提高噪聲裕量且避免過大功耗。

　　人們常常誤解模擬開關(guān)輸入邏輯電平與其對(duì)電源電流的影響。如果邏輯輸入電平是地電平或VCC （或者VL），模擬開關(guān)不會(huì)明顯地消耗供電電流。但是，如果把TTL電平加到一個(gè)5V開關(guān)上，將導(dǎo)致電源電流增加幾千倍。對(duì)于上世紀(jì)八十年代的產(chǎn)品，為了節(jié)省不必要的功耗，不得不避免使用TTL電平。

　　信號(hào)處理設(shè)計(jì)

　　圖3A也顯示了RON與信號(hào)電壓的關(guān)系。這些曲線落在供電電壓范圍內(nèi)，因?yàn)榈湫偷哪M開關(guān)內(nèi)部沒有集成電荷泵，不能處理超出供電電壓范圍的信號(hào)。低于或高于電源的輸入會(huì)在內(nèi)部二極管網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生不受控的電流，可能永久損壞沒有保護(hù)的開關(guān)。通常，這些二極管為開關(guān)提供高達(dá)±2kV的ESD保護(hù)（參考下面ESD保護(hù)開關(guān)部分）。

　　模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻會(huì)導(dǎo)致信號(hào)電壓線性下降，下降幅度和通過開關(guān)的電流成正比。根據(jù)應(yīng)用以及電流大小，需要考慮信號(hào)電壓的跌落。另外兩個(gè)需要考慮的重要參數(shù)是通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度。

　　通道匹配是指一個(gè)器件中各個(gè)通道導(dǎo)通電阻的差異；導(dǎo)通電阻平坦度是指單個(gè)通道內(nèi)信號(hào)大小對(duì)導(dǎo)通電阻的影響。通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度參數(shù)越小開關(guān)越精確。這兩個(gè)參數(shù)的典型值一般為0.1Ω到5Ω。部分開關(guān)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，擁有更好的通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度。例如MAX4992，通道匹配達(dá)到了3mΩ，導(dǎo)通電阻平坦度達(dá)到了1mΩ。MAX14535E擁有很好的導(dǎo)通電阻、通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度指標(biāo)，非常適合交流耦合的音視頻手持設(shè)備，能夠處理低至-1.5V的信號(hào)。

　　在大多數(shù)應(yīng)用中，可以通過修改電路設(shè)計(jì)來優(yōu)化開關(guān)的電流。例如，通過切換不同的反饋電阻改變運(yùn)算放大器的增益。這種情況下最好選擇將開關(guān)串聯(lián)在具有高阻輸入的配置（圖4A）。因?yàn)殚_關(guān)電流很小，導(dǎo)通電阻以及它的溫度系數(shù)可以忽略；圖4B設(shè)計(jì)就不合適，因?yàn)楦鶕?jù)輸出電壓的不同，開關(guān)電流會(huì)達(dá)到很大數(shù)值。

　　圖4. 增益控制電路設(shè)計(jì)的好（A）與壞（B）取決于通過開關(guān)電流的大小。

　　音頻開關(guān)和先斷后合功能

　　在所有音頻系統(tǒng)中，一個(gè)主要的性能要求是消除瞬時(shí)放電脈沖通過揚(yáng)聲器時(shí)引起的咔嗒聲。這些瞬時(shí)脈沖通常由電源的通、斷引起（開通和關(guān)斷時(shí)間，tON和tOFF）。拋開設(shè)備工作時(shí)的音質(zhì)不說，如果在系統(tǒng)每次開機(jī)或者關(guān)機(jī)時(shí)有咔嗒聲，客戶通常會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)劣質(zhì)的音頻設(shè)備。通過延長(zhǎng)模擬開關(guān)的tON和tOFF可以消除聽得到的咔嗒聲。這一步驟降低了通過揚(yáng)聲器的瞬時(shí)脈沖。大多數(shù)模擬開關(guān)的通斷時(shí)間從低于15ns到1µs，其它一些無咔嗒聲的開關(guān)可以達(dá)到毫秒級(jí)別。

　　一些沒有咔嗒聲的開關(guān)通過使用旁路開關(guān)和先斷后合技術(shù)來消除咔嗒聲。在音頻應(yīng)用中，MAX4744通過內(nèi)部的旁路開關(guān)釋放輸入電容的能量。這個(gè)動(dòng)作避免了瞬態(tài)電壓進(jìn)入揚(yáng)聲器。先斷后合技術(shù)保證開關(guān)在連通另一點(diǎn)之前斷開當(dāng)前的連接，這里tON 》 tOFF。另外一種設(shè)計(jì)需要先合后斷的開關(guān)，那么tOFF 》 tON。例如圖4A中，當(dāng)在兩種增益之間切換時(shí)需要小心。改變?cè)鲆鏁r(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)斷開的情況，這一點(diǎn)非常重要；第二個(gè)開關(guān)必須在第一個(gè)開關(guān)斷開之前合上，否則運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)，將導(dǎo)致輸出達(dá)到最大電平。

　　表2. 無雜音模擬開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω， max）RON Flatness （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）Charge Injection （pC， typ）Supply Voltage Range （V）Package

　　MAX49922 SPDT; bidirectional0.51000.0030.001150000/2000—1.8 to 5.510-UTQFN

　　MAX4744/MAX4746H2 SPDT0.95150.10.55560/540**4501.8 to 5.510-µDFN

　　MAX49104 SPDT0.8—0.10.35150/10003001.8 to 5.516-TQFN

　　MAX4764/MAX47652 SPDT0.8520.10.480/701501.8 to 5.510-TDFN-EP/UCSP

　　MAX4908/MAX49302 SP3T0.8500.10.35——1.8 to 5.514-TDFN-EP

　　MAX4901/MAX49022 SPST; NO16—0.25100/1001251.8 to 5.58-TDFN-EP; 9-UCSP

　　MAX4571/MAX457311 SPST; NO350.2368000/300**—2.7 to 5.2528-QSOP/SOIC（W）/SSOP

　　MAX4562/MAX45632 SPST + 2 SPDT3015512000/3000**—2.7 to 5.516-QSOP

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　變化的信號(hào)電平會(huì)改變導(dǎo)通電阻，進(jìn)而導(dǎo)致開關(guān)插損的變化。這增加了模擬開關(guān)的總諧波失真（THD）。以一個(gè)導(dǎo)通電阻為100歐姆，導(dǎo)通電阻平坦度為10歐姆的開關(guān)為例，接上600歐姆負(fù)載時(shí)的最大總諧波失真（THDmax）為1.67%。THD是音頻應(yīng)用中一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它反映了信號(hào)通過開關(guān)后的質(zhì)量或者逼真程度。THD定義為所有諧波成分平方和的均方根與基波的比值（式2）。圖5對(duì)比了不同開關(guān)的THD。

　　（式2）

　　圖5. 不同模擬開關(guān)THD與頻率的關(guān)系圖。

　　低導(dǎo)通電阻與電荷注入效應(yīng)控制

　　并不是所有應(yīng)用都要求低RON。一個(gè)應(yīng)用需要考慮低RON外，還要考慮其它因素，例如：這些電路需要更大的芯片面積，設(shè)計(jì)會(huì)引入更大的輸入電容，電容在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的充放電會(huì)消耗更多功耗等等。輸入電容的充電時(shí)間取決于負(fù)載電阻（R）和電容（C），時(shí)間常數(shù)為t ＝ RC。充電時(shí)間通常持續(xù)幾十納秒，較大高RON的開關(guān)則具備很短的tON和tOFF。一些模擬開關(guān)在同樣的封裝和管腳擺列下會(huì)設(shè)計(jì)出幾種不同的RON和輸入電容特性組合。MAX4501和MAX4502具有較高的RON和較短的tON/tOFF，而MAX4514和MAX4515則具有更低的RON和更長(zhǎng)的切換時(shí)間。

　　低RON還帶來另外一個(gè)負(fù)面影響：大的容柵電流會(huì)導(dǎo)致大的電荷注入。在開關(guān)每次開啟/關(guān)閉的過程中都有一部分電荷注入或者流出模擬通道（圖6A）。對(duì)于開關(guān)連接在高阻輸出的應(yīng)用，這個(gè)過程會(huì)對(duì)理想的輸出信號(hào)造成很大變化。在沒有其它負(fù)載的情況下，小的寄生電容（CL）將對(duì)輸出增加一個(gè)ΔVOUT的變化，注入電荷為Q = ΔVOUT x CL）。在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，用于保持模擬輸出信號(hào)的采樣保持放大器就是一個(gè)很好的例子（圖6B）。開關(guān)S1導(dǎo)通，將緩存電容C充電到輸入電壓VS。電容C只有幾個(gè)皮法，當(dāng)S1斷開時(shí)，電容C的電壓保持為VS。在轉(zhuǎn)換時(shí)導(dǎo)通S2將保持電壓VH）加到緩沖器上。高阻緩沖器在ADC轉(zhuǎn)換期間將電壓保持在VH）。對(duì)于采樣時(shí)間很短的應(yīng)用，采樣保持電容值要求非常小，而且開關(guān)S1的RON也要很小。然而，電荷注入會(huì)導(dǎo)致VH）有一個(gè)±ΔVOUT （幾毫伏）的變化，這會(huì)影響后面ADC的準(zhǔn)確度。

　　圖6A. 開關(guān)控制信號(hào)的電荷注入導(dǎo)致的模擬輸出電壓誤差。

　　圖6B. ADC內(nèi)部典型采樣保持電路需要模擬開關(guān)的精確控制。

　　漏電流以及對(duì)電壓誤差的影響

　　漏電流會(huì)影響模擬開關(guān)的輸出電壓。圖7和圖8給出了模擬開關(guān)在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)下的簡(jiǎn)化小信號(hào)模型。在兩種情況下，大部分漏電流通過內(nèi)部寄生二極管流出，導(dǎo)致輸出電壓誤差。漏電流隨溫度變化，溫度每變化10°C，漏電流加倍。ESD保護(hù)二極管（例如失效保護(hù)開關(guān)）加大了器件的漏電流。

　　圖7. 開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)下的等效電路。

　　圖8. 開關(guān)斷開狀態(tài)下的等效電路。

　　導(dǎo)通狀態(tài)下的輸出電壓如式3所示，它受漏電流和導(dǎo)通電阻的影響，導(dǎo)通電阻根據(jù)輸入信號(hào)、負(fù)載電阻、源電阻的不同而不同。對(duì)于雙向開關(guān)，ILKG根據(jù)開關(guān)是漏極還是源極作為輸出分別等于IS或ID。

　　（式3）

　　斷開狀態(tài)下，輸出電壓理論上受漏電流的影響，計(jì)算公式為VOUT = ILKG × RL。

　　許多IC數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的是最壞情況下導(dǎo)通關(guān)斷的漏電流。當(dāng)信號(hào)電壓達(dá)到電源電壓時(shí)，大量電流通過寄生二極管注入到基片導(dǎo)致電流流到相鄰?fù)ǖ?。因而設(shè)計(jì)者需要注意所使用器件的供電電流上限，避免超過限制。超出限制會(huì)永久性損壞器件。在一些用到高輸入阻抗和低失調(diào)誤差的放大器和ADC的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)使用低漏電流的模擬開關(guān)或復(fù)用芯片。

　　視頻和高頻開關(guān)的特殊需求

　　對(duì)于視頻信號(hào)，在導(dǎo)通電阻和寄生電容之間的權(quán)衡非常重要。具有大導(dǎo)通電阻的傳統(tǒng)模擬開關(guān)可以通過外部增益來補(bǔ)償插入損耗。同時(shí)，低導(dǎo)通電阻的開關(guān)具有比較大的寄生電容，會(huì)降低帶寬和視頻信號(hào)的質(zhì)量。低導(dǎo)通電阻開關(guān)需要輸入緩沖器保證帶寬，但會(huì)增加器件數(shù)量。

　　采用n溝道開關(guān)可以提高帶寬，因?yàn)榧纳头庋b可以做到很小，使得單位面積內(nèi)可以集成更多的開關(guān)。但是n溝道開關(guān)限制了軌到軌應(yīng)用。當(dāng)視頻信號(hào)超出限制幅度時(shí)，輸出會(huì)鉗位導(dǎo)致視頻信號(hào)失真。當(dāng)選擇n溝道開關(guān)時(shí)，要確保開關(guān)的特定限制能夠滿足輸入信號(hào)完全通過。

　　在安防和監(jiān)控系統(tǒng)中，一個(gè)監(jiān)示器有多個(gè)信號(hào)源，隔離度和串?dāng)_是關(guān)鍵參數(shù)。隔離度定義為開關(guān)斷開狀態(tài)下，輸入信號(hào)反饋到開關(guān)另一端的強(qiáng)度。在視頻和VHF等典型的高頻應(yīng)用中，信號(hào)通過漏源極電容（CDS）耦合，降低了隔離度。與開關(guān)相連電路的更高阻抗也導(dǎo)致隔離度的降低。

　　T型開關(guān)比較適合視頻及其它高于10MHz的高頻應(yīng)用。它由兩個(gè)串聯(lián)的模擬開關(guān)和另外一個(gè)連接在它們中間到地的第三個(gè)開關(guān)組成（圖9A）。這種排列提供了高于單個(gè)開關(guān)的隔離度。由于和每個(gè)串聯(lián)開關(guān)并聯(lián)的寄生電容，關(guān)斷的T型開關(guān)的容性串?dāng)_通常隨頻率增加而增加（圖9A）。在多通道開關(guān)中，通道之間的寄生電容會(huì)將信號(hào)耦合到鄰近通道，因此增加了串?dāng)_。

　　圖9A所示T型開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)S1和S1導(dǎo)通，S3斷開。關(guān)斷時(shí)，S1和S2斷開，S3導(dǎo)通。在關(guān)斷狀態(tài)，試圖通過串聯(lián)MOSFET的CDS耦合的信號(hào)被開關(guān)S3旁路到地。對(duì)于10MHz的視頻信號(hào)，T型開關(guān)（例如MAX4545）與普通開關(guān)（例如MAX312）的隔離度相差很大：分別為-80dB和-36Db （圖9B）。

　　最后，可以考慮選擇帶緩沖和不帶緩沖的視頻開關(guān)。普通的無源視頻開關(guān)需要額外電路1。有源視頻開關(guān)集成了開關(guān)和緩沖器，有助于減小信號(hào)干擾。集成復(fù)用放大器（例如MAX4310）在高頻應(yīng)用中具有非常高的隔離度。

　　圖9A. 射頻應(yīng)用中的T型開關(guān)結(jié)構(gòu)。

　　圖9B. 標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)（MAX312）和視頻開關(guān)（MAX4545，MAX4310）隔離度的對(duì)比。

　　更小封裝

　　Maxim提供極小封裝的模擬開關(guān)。例如，MAX4696/MAX4697 （1-SPDT）和MAX4688/MAX4698 （1-SPST）都是6焊球UCSP封裝（1.5mm²）。UCSP封裝淘汰了傳統(tǒng)的塑料封裝集成電路，大大節(jié)省空間。表3列舉了一些其它小封裝的模擬開關(guān)。

　　表3. 小封裝模擬開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Flatness （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）Charge Injection （pC， typ）Off-Isolation （dB）/Frequency （MHz）Supply Voltage Range （V）PackagePackage （mm²）

　　MAX46981 SPDT350.51380/258-7502 to 5.56-UCSP1.5

　　MAX46881 SPDT2.50.5130/1240-9001.8 to 5.56-UCSP1.5

　　MAX45941 SPST; NO100.51.535/402-802 to 5.56-µDFN1.6

　　MAX4706/MAX47071 SPST; NC/NO310.8520/155-82/1; -62/101.8 to 5.56-µDFN1.6

　　MAX4729/MAX47301 SPDT5.521.5/0.9545/263-67/1; -45/101.8 to 5.56-µDFN1.6

　　MAX14508E/MAX14509AE/MAX14510E1 DPDT; bidirectional510000—60000/5000——2.7 to 510-UTQFN2.5

　　MAX14535E/MAX14536E1 DPDT; NO0.35100.001**90000/40000——2.4 to 5.510-UTQFN2.5

　　MAX4992/MAX49932 SPDT/1 DPDT0.51000.001150000/2000—-45001.8 to 5.510-UTQFN2.5

　　MAX47192 SPDT200.51.280/4018-80/1; -55/101.8 to 5.510-UCSP3.3

　　MAX14531E/MAX14532E2 SP3T220000.1250000/6000——2.7 to 5.512-WLP3.3

　　MAX14504/MAX14505A2 SPDT; bidirectional0.5500.001**60000/3000——2.3 to 5.512-WLP3.3

　　MAX4906/MAX4906F2 SPDT; NO-NC710001**60/305-60/10; -26/5003 to 3.610-µDFN4.2

　　MAX47544 DPDT0.8530.4140/5050-6501.8 to 5.516-UCSP4.3

　　MAX4501/MAX45021 SPST; NO/NC2501—75/1010-10002 to 125-SC705.3

　　MAX4624/MAX46251 SPDT120.1250/5065-571.8 to 5.56-TSOT8.3

　　MAX4514/MAX45151 SPST; NO/NC2013150/1002-9002 to 125-SOT9

　　MAX14550E2 SP3T6.52500.1100000/5000——2.8 to 5.510-TDFN-EP9.6

　　MAX4908/MAX49302 SP3T0.8-/500.35——-40001.8 to 5.514-TDFN-EP9.6

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　ESD保護(hù)開關(guān)

　　對(duì)于大多數(shù)模擬開關(guān)應(yīng)用，ESD保護(hù)是一個(gè)重要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的模擬開關(guān)設(shè)計(jì)ESD保護(hù)電壓為±2kV。設(shè)計(jì)者可以額外增加ESD保護(hù)，但這會(huì)占用單板面積、增大輸入輸出電容?，F(xiàn)在，一些開關(guān)設(shè)計(jì)采用內(nèi)部二極管，提供高達(dá)±15kV的ESD保護(hù)電壓。這些器件均通過IEC 61000-4-2規(guī)定的人體模式（±15kV）、接觸放電（典型±8kV）和氣隙放電（±15kV）模式的ESD測(cè)試2。

　　表4. ±15kV ESD保護(hù)模擬開關(guān)遵循IEC 61000-4-2/IEC 1000-4-2標(biāo)準(zhǔn)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω， max）RON Flatness （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）Charge Injection （pC， typ）Off-Isolation/Crosstalk （dB）Supply Voltage Range （V）

　　MAX14535E/MAX14536E1 DPDT; NO0.35±10—0.0003**90000/40000——2.4 to 5.5

　　MAX4983E/MAX4984E1 DPDT; bidirectional10±25010.1100000/5000—-48/-73 （at 10MHz）2.8 to 5.5

　　MAX49277 4:1 mux; NO5.5±10001.50.01**50/50——/-50 （at 25MHz）3 to 3.6

　　MAX4575/MAX45772 SPST; NO/NO-NC70±0.524150/804-75/-90 （at 1MHz）2 to 12

　　MAX46204 SPST; NO70±0.524150/805-75/-90 （at 1MHz）2 to 12

　　MAX45611 SPDT70±0.524150/801775/— （at 1MHz）1.8 to 12

　　MAX4568/MAX45691 SPST; NO/NC70±0.524150/80675/— （at 1MHz）1.8 to 12

　　MAX4558/MAX4559/MAX45601 8:1 mux/2 4:2 mux/3 SPDT160±168150/1202.4-96/-93 （at 0.1MHz）±2 to ±6 or 2 to 12

　　MAX4551/MAX4552/MAX45534 SPST; NC/NO/NO-NC120±148110/902-90/-90 （at 0.1MHz）±2 to ±6 or 2 to 12

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　高達(dá)±36V過壓保護(hù)的故障保護(hù)開關(guān)

　　模擬開關(guān)的電源電壓限制了所允許的輸入信號(hào)電壓范圍（參考信號(hào)處理設(shè)計(jì)部分）。如果輸入信號(hào)電壓超過電源電壓，器件會(huì)閉鎖或永久性損壞。通常這個(gè)限制不會(huì)影響使用，但有些情況下信號(hào)會(huì)在開關(guān)斷電的時(shí)候作用到器件輸入（當(dāng)系統(tǒng)上電順序?qū)е螺斎胄盘?hào)在器件上電完成之前加載時(shí)）。信號(hào)瞬間超過供電電壓也會(huì)導(dǎo)致器件閉鎖或永久損壞。新的帶故障保護(hù)的開關(guān)提供高達(dá)±36V的過壓保護(hù)，斷電狀態(tài)下達(dá)到±40V，同時(shí)提供滿擺幅信號(hào)處理能力和低導(dǎo)通電阻。而且，不論開關(guān)處于何種狀態(tài)、負(fù)載電阻大小，故障狀態(tài)下，輸入端均為高阻態(tài)，從源端流出的漏電流也只有幾個(gè)納安。

　　圖10所示是故障保護(hù)模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果開關(guān)（P2或N2）導(dǎo)通，COM輸出端將被兩個(gè)內(nèi)部“自舉”FET鉗位到電源電壓，使COM輸出保持在電源電壓以內(nèi)，并根據(jù)負(fù)載提供最大±13mA的電流，但是NO/NC引腳的電流并不大。注意，信號(hào)在有ESD保護(hù)或故障保護(hù)的開關(guān)中可以雙向傳輸，但故障保護(hù)只作用在輸入端3。

　　圖10. 故障保護(hù)模擬開關(guān)內(nèi)部特殊電路結(jié)構(gòu)。

　　許多雙電源開關(guān)要求正電源先于負(fù)電源上電，以避免器件閉鎖或損壞。有些開關(guān)則不要求上電時(shí)序，如MAX14752復(fù)用器。MAX14752與工業(yè)器件DG408/DG409管腳兼容，并且內(nèi)部輸入端的二極管為開關(guān)提供過壓/欠壓保護(hù)。

　　表5列出了Maxim的一些故障保護(hù)開關(guān)，MAX4511/MAX4512/MAX4513與DG411–413以及器件DG201/DG202/DG213引腳兼容。

　　表5. 軌對(duì)軌信號(hào)擺動(dòng)故障保護(hù)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω，max）Overvoltage Supplies ON/OFF （V）tON/tOFF （ns， max）Charge Injection （pC， typ）Supply Voltage Range （V）Package

　　MAX99401 line protector77.5——±28——2.2 to 5.55-SC70

　　MAX45051 line protector100±0.5—±36/±40——8 to 18 or ±9 to ±365-SOT; 8-µMAX

　　MAX45063 line protector100±0.5—±36/±40——8 to 18 or ±9 to ±368-CDIP（N）/PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX45078 line protector100±0.5—±36/±40——8 to 18 or ±9 to ±3618-PDIP（N）/SOIC（W）; 20-SSOP

　　MAX4510/MAX45204 SPST; NC/NO75±0.5—±36/±40500/1751.59 to 36 or ±4.5 to ±208-µMAX; 6-SOT

　　MAX46332 DPST; NO85±0.56±36/±40500/400109 to 36 or ±4.5 to ±1816-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX4511/MAX4512/MAX45134 SPST; NC/NC/NO-NC160±0.56±36/±40500/4001.59 to 36 or ±4.5 to ±2016-CDIP（N）/PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX4708/MAX47091 8:1 mux/2 4:1 mux400±0.515±25/±40275/20009 to 36 or ±4.5 to ±2016-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX4534/MAX45351 2:1 mux; 2 4:1 mux400±210±25/±40275/20019 to 36 or ±4.5 to ±1814-PDIP（N）/SOIC（N）/TSSOP

　　MAX45334 SPDT175±0.56±25/±40250/1501.5+9 to +36 or ±4.5 to ±1820-PDIP（N）/SOIC（W）/SSOP

　　MAX4508/MAX45091 8:1 mux/2 4:1 mux400±0.515±25/±40275/20029 to 36 or ±4.5 to ±2016-CDIP（N）/PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX46322 SPDT85±0.56±25/±40500/40059 to 36 or ±4.5 to ±1816-PDIP（N）/SOIC（N）

　　MAX47114 SPST; NC25±0.51±7/±12125/80252.7 to 11 or ±2.7 to ±5.516-PDIP（N）/SOIC（N）/TSSOP

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　加載/感應(yīng)開關(guān)對(duì)系統(tǒng)精度的影響

　　電壓和電流測(cè)試系統(tǒng)中存在大量的連接技術(shù)，例如，常見的2線、3線和4線系統(tǒng)，它們?cè)诰群蛷?fù)雜度方面有很大差別。對(duì)于精度要求不是過高的系統(tǒng)，可采用2線連接，如圖11所示。這種技術(shù)在加載線的源端檢測(cè)負(fù)載電壓，負(fù)載電壓可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于源端電壓，因?yàn)槿绻鄬?duì)較大的驅(qū)動(dòng)電流流過線路阻抗，將產(chǎn)生較大的壓降。引線越長(zhǎng)、負(fù)載電流越大、引線電阻越大，所產(chǎn)生的壓降越大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量誤差。3線系統(tǒng)可以提高精度，4線加載/感應(yīng)技術(shù)則可達(dá)到更高精度。

　　圖11. 當(dāng)高精度要求不嚴(yán)格時(shí)使用2線測(cè)量系統(tǒng)。

　　4線加載/感應(yīng)技術(shù)（圖12）使用兩根線傳輸驅(qū)動(dòng)電壓或電流，另外兩根線直接連接到負(fù)載測(cè)量負(fù)載電壓。模擬加載/感應(yīng)開關(guān)在同一封裝內(nèi)采用不同的開關(guān)類型，例如MAX4554系列配置為加載/感應(yīng)開關(guān)，設(shè)計(jì)用于開爾文檢測(cè)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）。每個(gè)器件包含一路低阻、大電流開關(guān)，用作電流加載線或用于檢測(cè)電壓或切換保護(hù)信號(hào)的高阻開關(guān)。大電流開關(guān)的導(dǎo)通電阻只有6Ω，感應(yīng)開關(guān)在±15V供電時(shí)的導(dǎo)通電阻達(dá)到60Ω。加載/感應(yīng)開關(guān)適用于高精度測(cè)量系統(tǒng)，例如納伏表和毫安表等。它們也簡(jiǎn)化了許多應(yīng)用，例如在4線系統(tǒng)中切換一個(gè)驅(qū)動(dòng)源和兩個(gè)負(fù)載，如圖13所示。

　　圖12. 4線加載/感應(yīng)測(cè)試技術(shù)。

　　圖13. 使用MAX4555將4線測(cè)試電路從一個(gè)源端切換到兩個(gè)負(fù)載。

　　多通道應(yīng)用中的復(fù)用器和交叉開關(guān)

　　復(fù)用器是一種特殊的模擬開關(guān)，有兩個(gè)或更多輸入端連接到一個(gè)輸出端。復(fù)用器可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的SPDT開關(guān)或用于多個(gè)選通通道的組合（圖14）。利用數(shù)字輸入選擇通道（例如8通道復(fù)用器中的三個(gè)數(shù)字輸入端），這些更高階的復(fù)用器數(shù)字控制如同2進(jìn)制解碼器。

　　分配器是復(fù)用器反向使用。根據(jù)解碼地址，將一路輸入連接到兩路或多路輸出。許多復(fù)用器也可以用作分配器。

　　圖14. 低壓復(fù)用器（上）和中壓復(fù)用器（下）的結(jié)構(gòu)。

　　表6列出了Maxim的一些交叉開關(guān)。許多開關(guān)在老一代基礎(chǔ)上增強(qiáng)了功能設(shè)計(jì)。如MAX4360是MAX458的替代型號(hào)。

　　表6. 交叉點(diǎn)開關(guān)*

　　PartFunctionOff-Isolation （dB）Crosstalk （dB）-3dB Bandwidth （MHz）Supply Voltage Range （V）PackagePackage （mm²）

　　MAX49892 2-of-4; bidirectional-43dB （at 10MHz）-50dB （at 50MHz）10002.7 to 5.514-TDFN-EP9.6

　　MAX4548/MAX45493 × 3:2-72dB （at 10MHz）/-85dB （at 20kHz）-55dB （at 10MHz）/-85dB （at 20kHz）2502.7 to 5.536-SSOP163.4

　　MAX4550/MAX45702 × 4:2-78dB （at 4MHz）-54dB （at 4MHz）—2.7 to 5.5 or ±2.7 to ±5.528-SOIC（W）/SSOP192.8

　　MAX43594 × 4-80 （at 5MHz）-70 （at 5MHz）35±524SOIC（W）/36-SSOP163.4

　　MAX43608 × 4-80 （at 5MHz）-70 （at 5MHz）35±536-SSOP163.4

　　MAX967516 × 16-110dB （at 6MHz）-62dB （at 6MHz）110±5100-TQFP262.4

　　MAX435616 × 16-110dB （at 6MHz）-62dB （at 6MHz）1105 or ±3 or ±5128-LQFP359.6

　　MAX435732 × 16-110dB （at 6MHz）-62dB （at 6MHz）1105 or ±3 or ±5128-LQFP359.6

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)

　　交叉點(diǎn)開關(guān)用于音/視頻切換、視頻點(diǎn)播、安防和監(jiān)控系統(tǒng)。交叉開關(guān)通常是一個(gè)M × N的器件，任何一路或所有輸入可以連接到任何一路或所有輸出（反之亦然）。這些器件可以組成一個(gè)大型陣列4。

　　校準(zhǔn)型復(fù)用器平衡ADC失調(diào)和增益誤差

　　校準(zhǔn)型復(fù)用器用于精密ADC或自監(jiān)控系統(tǒng)。它們?cè)趩涡酒瑑?nèi)集成了多個(gè)器件：從輸入基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生精確比例電壓的模擬開關(guān)、內(nèi)部精密電阻分壓器、在不同輸入間進(jìn)行選擇的復(fù)用器。

　　校準(zhǔn)復(fù)用器可以平衡ADC系統(tǒng)的兩個(gè)主要誤差：失調(diào)和增益誤差。在微控制器串口控制下，通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試步驟，借助內(nèi)部精密分壓器可以測(cè)量增益和失調(diào)。得到了ADC的失調(diào)和增益誤差后，系統(tǒng)軟件利用校準(zhǔn)系數(shù)即可調(diào)整最終輸出，得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。校準(zhǔn)復(fù)用器是一種便利的復(fù)用器件，并可周期性地進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)5。 圖15給出了MAX4539的框圖。

　　圖15. 低壓校準(zhǔn)復(fù)用器MAX4539的內(nèi)部框圖。

　　MAX4539和MAX4540分別兼容于MAX4578和MAX4579，MAX4539和MAX4540采用2.7V至12V單電源供電或±2.7V至±6V雙電源供電。MAX4578和MAX4579作為高電壓應(yīng)用，可以工作在4.5V到36V單電源或±4.5V到±20V雙電源。應(yīng)用筆記5036：“校準(zhǔn)電路庫”給出了利用MAX4539進(jìn)行校準(zhǔn)的多種電路；應(yīng)用筆記261，“利用校準(zhǔn)型復(fù)用器簡(jiǎn)化系統(tǒng)校準(zhǔn)”給出了關(guān)于校準(zhǔn)復(fù)用器的更多信息。

　　USB開關(guān)提升系統(tǒng)通信能力

　　通用串行總線（USB）是一種高速接口，通過標(biāo)準(zhǔn)接口支持不同設(shè)備之間的通信；也可以通過一個(gè)USB主設(shè)備給一個(gè)USB從設(shè)備供電。多個(gè)USB設(shè)備可以連接到計(jì)算機(jī)，模擬開關(guān)用于建立USB信號(hào)與不同設(shè)備之間的路徑。6大部分新型USB應(yīng)用還需要通過USB接口給便攜設(shè)備充電7。USB2.0規(guī)范用于處理高速信號(hào)，需要寬帶、低電容模擬開關(guān)，如MAX14531E。Maxim提供符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)（表7），滿足USB2.0高速（480Mbps）應(yīng)用要求。

　　表7. USB 2.0開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω， max）RON Flatness （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）CON/COFF （pF， typ）Charge Injection （pC， typ）Bandwidth （MHz）Supply Voltage Range （V）

　　MAX14578E2 SPST; NO————————2.8 to 5.5

　　MAX14508E/MAX14509AE/MAX14510E1 DPDT; bidirectional510000—0.02**60000/50008/8—9502.7 to 5

　　MAX14550E1 DP3T6.5250—0.1100000/50005.5/2—10002.8 to 5.5

　　MAX14531E/MAX14532E1 DP3T22000——250000/60008/5—8002.7 to 5.5

　　MAX49998 8:1 mux1210000.8—10000/10000**6/5—12003 to 3.6

　　MAX4983E/MAX4984E1 DPDT; bidirectional1025010.1**100000/50006.5/5.5—9502.8 to 5.5

　　MAX4906/MAX4906F2 SPDT; NO-NC710001.21**60/306/2510003 to 3.6

　　MAX4907/MAX4907F2 SPST; NO710001.21**60/304/2510003 to 3.6

　　MAX4906EF2 SPDT; NO-NC510000.80.5**1.4/35**10/9205003 to 3.6

　　MAX4899AE/MAX4899E4:1 mux/3:1 mux510000.81.12800/315/10.5254252.7 to 3.6

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　HDMI開關(guān)增強(qiáng)數(shù)字音/視頻信號(hào)處理

　　高清多媒體接口（HDMI）是一種用于切換未經(jīng)壓縮的數(shù)字音頻/視頻信號(hào)的高速接口。該接口用于支持高清電視（HDTV）、DVD播放器及其它HDMI兼容設(shè)備、PC機(jī)、筆記本電腦和平板電腦之間的互聯(lián)。

　　HDMI接口包括四對(duì)低壓差分信號(hào)（LVDS），用于紅、綠、藍(lán)（RGB）視頻通道和一個(gè)專用的時(shí)鐘信號(hào)。理想的HDMI開關(guān)包含四路差分對(duì)的1:2或2:1開關(guān)，采用n溝道結(jié)構(gòu)確保低電容、低導(dǎo)通電阻（如MAX4886）特性8。

　　表8. HDMI開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， typ）RON Match （Ω， max）RON Flatness （Ω， max）Off-Isolation （dB）Crosstalk （dB）Bandwidth （MHz）Supply Voltage Range （V）

　　MAX148864 2:1 switch; NO-NC—————50003 to 3.6

　　MAX4814E1 2:4 switch; bidirectional12**—2.5**65 （at 1MHz）75 （at 1MHz）1904.5 to 5.5

　　MAX4929E2 2:1 mux; NO-NC1081370 （at 1MHz）75 （at 1MHz）405 or ±5

　　MAX48864 2:1 switch; NO-NC110.40.658 （at 50MHz）-49 （at 50MHz）26003 to 3.6

　　*最新信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　**典型值。

　　DisplayPort和PCIe開關(guān)改善點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接性能

　　外設(shè)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)PCIe是一個(gè)串行接口（PCI Express®接口）用于支持高性能加速圖形端口（AGP）應(yīng)用，PCI Express開關(guān)實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)總線的互聯(lián)。其基本應(yīng)用是切換DisplayPort圖形、PC和筆記本電腦擴(kuò)展卡接口以及服務(wù)器。

　　有些PCIe開關(guān)設(shè)計(jì)用于在兩個(gè)終端之間切換數(shù)據(jù)，例如，MAX4928A和MAX4928B支持信號(hào)在圖形存儲(chǔ)控制集線器（GMCH）和DisplayPort或PCIe連接器之間切換信號(hào)9。

　　表9. PCIe開關(guān)*

　　PartFunctionRDS（ON） （Ω， max）IL（OFF） （nA， max）RON Match （Ω， max）tON/tOFF （ns， max）Off-Isolation （dB，typ）Crosstalk （dB， typ）Bandwidth （MHz， typ）Supply Voltage Range （V）Package

　　MAX4928A/MAX4928B6 1:2 switch; bidirectional8**10002120/50-22 （at 3GHz）-40 （at 3GHz）100003 to 3.6TQFN/56

　　MAX4888B/MAX4888C2 1:2 mux; bidirectional8.410001.565/7**-12 （at 8GHz）-35 （at 3GHz）80003 to 3.6TQFN/28

　　MAX4889B1:2 switch; bidirectional8.410000.580/1**-12 （at 5GHz）-25 （at 5GHz）50003 to 3.6TQFN/42

　　MAX4888A/MAX4889A4 SPDT/8 SPDT; bidirectional7**10002250/50-56 （at 10MHz）-53 （at 50MHz）50001.6 to 3.6TQFN/28

　　MAX4888/MAX48894 SPDT/8 SPDT; NO-NC7**10002250/50-56 （at 10MHz）-53 （at 50MHz）12501.6 to 3.6TQFN/28

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　　**典型值。

　　用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備的高壓開關(guān)

　　高壓（HV）模擬開關(guān)非常適合工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用。例如，在超聲應(yīng)用中，高壓脈沖（±100V）被施加到傳感器上，產(chǎn)生超聲波。高壓模擬開關(guān)在傳感器和主系統(tǒng)之間切換這些脈沖信號(hào)。這些開關(guān)通常在整個(gè)輸入范圍內(nèi)具有低電容、平坦的導(dǎo)通電阻等特性。高壓開關(guān)通常具有較低的電荷注入，以避免錯(cuò)誤的信號(hào)傳輸或產(chǎn)生圖像偽影。許多高壓開關(guān)部件可以使用SMBus或SPI接口編程10、11。 表10列出了Maxim的高壓開關(guān)。

　　表10. 高壓開關(guān)*

　　PartFunctionSingle VSUPPLY （min， V）Single VSUPPLY （max， V）Dual VSUPPLY （min， ±V）Dual VSUPPLY （max， ±V）Bandwidth （MHz）IL（OFF） （nA， max）tON/tOFF （ns， max）CON/COFF （pF， typ）

　　MAX14802/MAX14803/MAX14803A16 SPST; NO—200401605020005000/500036/11

　　MAX4800A/MAX4800B8 SPST; NO40200401002020005000/500036/11

　　MAX4802A8 SPST; NO40200401005020005000/500036/11

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　　結(jié)論

　　本文介紹了當(dāng)前多種類型的模擬開關(guān)。近期模擬開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得集成模擬開關(guān)能夠提供更好的開關(guān)特性，可以工作在更低或更高的電源電壓，并能滿足某些特定應(yīng)用的需求。因?yàn)樘峁┐罅康男阅苓x項(xiàng)和特殊功能，了解這些信息有助于設(shè)計(jì)人員為特定應(yīng)用找到最合適的器件。