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1、组会报告,专业：电子与通信工程 姓名：张威威,2015年4月18日,常用模拟开关芯片型号与功能和应用介绍,一、模拟开关的电路组成及工作原理,二、常用的模拟开关集成电路,三、模拟开关集成电路的应用,一、模拟开关的电路组成及工作原理,模拟开关，英文名Analog switches；主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开；由于其功能类似于开关，而用模拟器件的特性实现，成为模拟开关。,模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输入端电平
2、如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。,模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。,表一,模拟开关的工作原理如下：,当选通端和输入端同为1时，则S2端为，1端为，这时1导通，2截止，输出端输出为，=，相当于输入端和输出端接通。,当选通为1时，而输入端为时，则S2端为1，S1端为，这时1截止，VT2导通，输出端为，也相当于输入端和输出端接通。,当选通端为时，这时1和2均为截止状态，电路输出呈高阻
3、状态。,从上面的分析可以看出，只有当选通端为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从向传送信息；当输入端为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。,二、常用的CMOS模拟开关集成电路,在模拟开关的集成过程中，晶体三极管和场效应晶体管均可用来做模拟开关的有源器件，实际上，由于场效应晶体管特性的对称性不存在残余电压等优点，所以在模拟开关中用的最多的还是场效应晶体管。,开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。 CMOS模拟开关是一种可控开关，它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处
4、理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。,1. 无译码器的多路开关,开关类型：,TL182C，AD7510，AD7511，AD7512等。,芯片中无译码器，四个通道开关都有各自的控制端。,防闩锁型介质隔离CMOS开关，可提供最高超出电源电压25 V的过压保护,低导通电阻75，低泄漏电流500pA。,优点：,每一个开关可单独通断，也可同时通断，使用方式比较灵活。,缺点：,引脚较多，使得片内所集成的开关较少。,当巡回检测点较多时，控制复杂。,四双向模拟开关CD4066,CD4066的每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。 当控
5、制端加高电平时，开关导通，导通电阻为几十欧姆；当控制端加低电平时开关截止呈现很高的阻抗，可以看成为开路。 模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为50dB。,CD4066引脚功能图,2. 有译码器的多路开关,AD7501（AD7503）,片上所有逻辑输入与TTLDTL及CMOS 电路兼容。,表3.1 AD7501真值表,AD7503 除EN 端的控制逻辑电平相反外, 其它与AD7501相同。, AD7502,表3.2 AD7502真值表,注意：,AD7501，AD7502，AD7503 芯片都是单向多到一的多路开关，即信号只允许从多
6、个 (8个) 输入端向一个输出端传送。,单八路模拟开关CD4051,CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。 “INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。 CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=5V，VSS=0V，当VEE=5V时，只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号，就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。,CD4051引脚功能图,CD405
7、1通道选择真值表,双四路模拟开关CD4052,CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定。,CD4052通道选择真值表,三组二路模拟开关CD4053,CD4053内部含有3组单刀双掷开关，3组开关具体接通哪一通道，由输入地址码ABC来决定。,CD4053通道选择真值表,十六路模拟开关CD4067,CD4067相当于一个单刀十六掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码ABCD来决定。 INH为“1”时断开所有通道的接通。,CD4067接通选择真值表,高压型模拟开关,高压模拟开关采用全数字电路，时间为数字拨码设置，可实现模拟断路器跳合闸时间设置、三相/分相操作选择、
8、输入信号逻辑控制等作用，从而模拟断路器的跳、合闸动作,高压模拟开关特性 模拟断路器可模拟跳闸和合闸时间，时间设置为拨码开关设置，精度高。跳闸时间设置范围为20-200ms，合闸时间设置范围为20-100ms。 模拟断路器跳合闸电源电压为DC220V和DC110V两档，试验前必须选择好电压和输入电压一致。 在模拟回路中设有继电器A、B、C各输出一组转换触点，动断触点闭合或断开触点断开的触点和操作电源完全隔离，可和微机型继电保护试验设备进行配合。, 高压模拟开关采用全数字电路，时间为数字拨码设置，可实现模拟断路器跳合闸时间设置、三相/分相操作选择、输入信号逻辑控制等作用，从而模拟断路器的跳、合闸动
9、作。 高压模拟开关可以模拟分相操作断路器，也可模拟三相操作断路器，跳合闸阻抗选择为400欧、200欧、110欧任意选择，当模拟分相操作断路器时，其跳合闸输入端子分别为A合、A跳、B合、B跳、C合、C跳；当模拟三相操作断路器时，其跳合闸输入端子为三跳、三合。另外，面板上还设有手动合闸和手动跳闸按钮，并设有跳合闸信号灯，分别为A合、B合、C合三个红色信号灯和A跳、B跳、C跳三个绿色信号灯，在模拟三相操作断路器时，A、B、C三相信号灯同时明灭。,高压模拟开关技术参数 1.跳闸时间选择：20-100ms 2.供电电源AC200V10% 3.跳合闸操作为电源电压：DC220V、DC110V 4.合闸时间
10、选择：20-200ms 5.跳合闸阻抗选择400、200、110 6.模拟断路器常闭/常开接点容量为AC220V/5A 高压模拟开关应用 高压模拟开关主要用于电力系统断电保护装置或成套继电保护屏的整组试验，可真实地模拟断路器的跳合闸时间。在整组试验时模拟高压断路器的跳闸及合闸，以避免由于重复的整组试验造成断路器反复分合带来的不良影响。,MAX4800A,MAX4802A 高压模拟开关,MAX4800A/MAX4802A可为超声成像和打印机应用提供8通道高压开关。该器件采用BCDMOS工艺，提供8个高压低电荷注入SPST开关，由20MHz串行接口控制。数据被移入到内部8位移位寄存器，并通过带使能
11、和清除输入的可编程锁存器保持数据。上电复位功能确保所有开关在上电时为开启状态。,关键特性,20MHz快速SPI接口 灵活的高压电源，可高达VPP - VNN = 200V 低电荷注入、低电容的22开关 直流至10MHz模拟信号频率范围 在5MHz下，关断隔离为-77dB 10A的低静态电流,低阻型模拟开关,4 单刀双掷低阻模拟开关芯片 CH440 2 单刀四掷低阻模拟开关芯片 CH444 4 单刀单掷低阻模拟开关芯片 CH441,CH440 是 4 通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含 4 通道单刀双掷模拟开关；CH444是 双 通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含 2通道单刀四掷模拟开关；CH4
12、41 是 4 通道低阻宽带双向模拟开关芯片，包含 4 通道相互独立的单刀单掷模拟开关；它们均具有高带宽，低导通电阻，可以用于视频或者 USB 信号切换。,特点 低导通电阻，Ron 典型值为 5。 高带宽，Bw 典型值为 570MHz。 支持视频信号，支持低速、全速和高速 USB 信号。 切换快速，Ton/Toff 典型值小于 5nS。 ESD 支持 4KV HBM。 CH440 和 CH444 提供全局使能引脚，多通道模拟开关统一使能、统一切换。 CH441 提供 4 通道相互独立的模拟开关，兼容 74HC4066 引脚。 支持 5V 电源电压、3.3V 电源电压以及 3V 电源电压，低静态功
13、耗。 CH440 和 CH444 采用 SOP-16 无铅封装，CH441 采用 SOP-14 无铅封装，兼容 RoHS。,CH440引脚功能,CH444引脚功能,CH441引脚功能,电气参数,应用,1. 视频信号切换,CH440、CH444、和CH441的高带宽和低电阻特性使之比较适用于视频信号切换，例如从2路或者4路视频信号源中选择。 由于模拟电路与数字电路共用VCC和GND,为减少干扰，GND引脚必须接触良好，VCC引脚必须外接退耦电容，并且建议将数字输入信号的边沿适当放缓，降低传输频率。,2. USB 信号切换,CH440、CH444、和CH441支持低速、全速或者高速USB信号切换。
14、,几种特殊的模拟开关：,1、高频T型开关,2、微型封装,3、ESD保护开关,4、故障保护型开关,5、加载-感应开关,6、校准型多路复用器,1、高频T型开关,T 型开关适用于视频及其它频率高于10MHz的应用，如图所示，它由两个模拟开关(S1、S3)串联组成，另一开关S2 接在地和S1、S3的交点之间，这种结构的开关其关断隔离高于单个开关，由于寄生电容与每个串联开关并联，断开状态的T 型开关其容性串扰随频率的提高而增大。因此，影响开关高频特性的关键在于开关的断开状态而不是接通状态。 当T 型开关导通时，S1 和S3 闭合，S2 断开;当开关断开时，S1、S2 断开，S3 闭合，此时，那些要通过串
15、联MOSFET 的寄生电容耦合到输出端的输入信号被S3 旁路，断开状态下的10MHz 视频T 型开关(MAX4545)的关断隔离达-80dB，而标准模拟开关(MAX312)的关断隔离度只有-36dB。,2、微型封装,CMOS开关的优点还包括小的封装尺寸，如6脚SOT23开关不含任何机械部件(与舌簧继电器不同)，Maxim 提供的小型视频开关(MAX4529)及标准的低电压SPDT 开关(MAX4544)均采用6 脚SOT23 封装，供电范围为2.7V 至12V。另外，Maxim 具有多种如同CD4066 的通用模拟开关，例如新发布的MAX4610-MAX4612 低成本四模拟开关，其中，MAX
16、4610 引脚兼容于工业标准的4066，而且能够工作在更低的电源电压(低至2V)，具有较高的精度，通道间最大失配电阻为4;平坦度在8以内。这些型号有三种不同的开关设置，低导通电阻(5V时小于100)适用于低电压应用，采用紧凑的14 脚TSSOP 封装(6.5 x 5.1 x 1.1 mm3)解决了线路板尺寸紧张问题。,3、ESD保护开关,基于Maxim 成功的ESD 保护接口产品，15kV ESD 保护电路被引入到某些模拟开关中，新推出的可承受15kV 静电冲击的模拟开关完全符合IEC1000-4-2 Level 4 标准，所有模拟输入通路均经过人体模型ESD 检测和IEC1000-4-2 规定的空气间隙放电模式检验。 MAX4551-4553 引脚与多种标准开关(如DG201/211 和MAX391 等)兼容，针对多路复用器系列产品，如74HC4051 和MAX4581，Max
