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1、常用CMOS模拟开关功能和原理2007-04-27嵌入式在线收藏|打印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，只适于处理幅度 不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理1四双向模拟开关CD4066CD4066的引脚功能如图1所示。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。当控制端加高电平时，开关导通; 当
2、控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时，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，典型值为一50dB。图1 CD4066的引脚功能2单八路模拟开关CD4051CD4051引脚功能见图2。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。其真值表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不 接通。此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的
3、数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种 多路开关可传输峰一峰值达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5V+5V的模拟信号。VDDOUT/ I?J1VEE图2 CD4051引脚功能表1 CD4051真值表111HcA000EMQr,a001-id Ha01a“空na01i白10aI0Ia11001i1tld-l Fti申003双四路模拟开关CD4052CD4052的引脚功能见图3。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。其真值表见表2。图3
4、 CD4052的引脚功能表2 CD4052真值表4三组二路模拟开关CD4053CD4053的引脚功能见图4。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。其真值表见表3。图4 CD4053的引脚功能表3 CD4053真值表5十六路模拟开关CD4067CD4067的引脚功能见图5。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。其真值表见表4。表4 CD4067真值表5CEjfLINK0000QQ010D01口a001300a000010100i1D-0临”0!180鼻7“1d000a胪i60101Q10D1011Q
5、 1110001aJ0l100111Dis*70001二、典型应用举例1单按钮音量控制器单按钮音量控制器电路见图6。VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音 量电位器输出端与地之间。VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化，因此控制V GS就可实现对音量大小的控制。VT1的G极接有3个模拟开关S1S3和一个100pF的 电容，其中1OOpF电容起电压保持作用。由于VMOS管的G极和S极之间的电阻极高，故1 OOpF电容上的电压可长时间基本保持不变。模拟开关S1为电容提供充电回路，当S1导通 时，电源通过S1给电容充电,电容上电压不断增高，使VT1导通电阻越来越小,使音量也越来
6、越小。模拟开关S2为电容提供放电回路，当S2导通时，电容通过S2放电，电容上电压不断下降, 使音量越来越大。模拟开关S3起开机音量复位作用，开机时,电源在S3控制端产生一短暂的 正脉冲，使S3导通,由于与S3连接的电阻较小，故使电容很快充到一定的电压,使起始音量处 于较小的状态。F1F6及其外围元件组成长短脉冲识别电路。静态时,F1、F2输入为高电平，当较长时 间按压按钮开关AN时,F4输出变高，经100k电阻给3.3pF电容充电，当充电电压超过CMO S门转换电压时,F5输出由高变低,F6输出由低变高，模拟开关S2导通,1OOpF电容放电，音量 变大。与此同时,F1输出也变高,也给电容充电，
7、但F1输出的一次正跳变不足以使电容上电压超 过转换电压，故F2输出仍为高电平,F3输出低电平，模拟开关S1保持截止。当连续按动按钮 开关AN时,F4输出也不断变化，输出为高时，给电容充电，而输出变低时,电容又很快通过二极 管VD3放电,故电容上电压总是达不到转换电压，因此F6输出一直为低。而此时F1输出连续高低变化，经二极管整流不断给电容充电，使3.3pF电容上电压迅速 达到转换电压,F2输出变低,F3输出变高，模拟开关S1导通，给电容充电，音量变小。由此，利 用一只按钮开关,实现了对音量的大小控制。图6单按钮音量控制器电路2.四路视频信号切换器四路视频信号切换器电路见图7。“与非”门YF3、
8、YF4组成脉冲振荡器，振荡频率由10 Ok电位器调节。若嫌调节范围不够，可适当更换0.47pF电容和100k电阻。脉冲振荡器受Y F1、YF2组成的双稳态电路的控制，按S1时，丫F1输出低电平，脉冲振荡器停振;按S2时,YF 1输出高电平,脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的输出作为CD4017十进制计数器的时钟, 使Y0Y3依次出现高电平，相应的四个模拟开关依次导通，由Vi1Vi4输入的视频信号被依 次切换至输出端，完成了四路视频信号的切换。显然，增加一片CD4066可做成八路视频信号 切换器，相应地，由Y0Y7进行模拟开关控制，丫8连至Cr。依此类推，可做成更多路数的视频 信号切换器。而且，输
9、入、输出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传，则并 接上相应数量的模拟开关即可。图7四路视频信号切换器电路3数控电阻网络图8示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图8中,CD4066的四个独立开关分 别并接在四个串接电阻上，电阻的值是按二进制位权关系选择的。当某个开关接通时，并接在 该开关上的电阻被短路,此处假设该电阻阻值R RON （RON为模拟开关的导通电阻）；当 某个开关断开时，电阻两端阻值仍保持原阻值不变，此处假设该电阻阻值R ROFF（ROFF 为模拟开关断开时的电阻）。四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D控制,因此， 在A、B、C、D端输入不同的四位二进制数，
10、可控制电阻网络的电阻变化,并从其上获得2 16种不同的电阻值。按图8所给的电阻值，该电阻网络所对应的16种阻值列于表5中。CDVs,_,J_Va1I1I1 I250k500k1 M图8数字控制电阻网络电阻值大小的电路表5该电阻网络所对应的16种阻值益入二遷制勘cBAr（qQ03_T5DD013_5D001口500113_0D10D2小1D1100I11z.tro00p0F巧i0a1LSD0口iD11Ltro100o rst100.50tt100 M11114.音量调节电路音量调节电路见图9。音频信号由Vi端输入，经分压电阻R11和隔直电容加到由R1 R10构成的加/减电阻网络。CD40192为
11、十进制加/减计数器，“与非”门YF3、YF4构成低 频振荡器，“与非”门YF1、YF2分别为加计数端CPU和减计数端CPD的计数闸门。图9音量调节电路当D1端为高电平时，闸门YF1开通，低频脉冲经YF1加到CD40192的CPU端,使其作 加法计数,输出端Q0Q3数据增大，使16路模拟开关的刀向低端转换，顺序接通R1R10, 接通的电阻增大，经与R11分压后，使输出音频信号Vo增大;当D2端为高电平时，闸门YF2 开通，低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端，使其作减法计数,输出端Q0Q3数据减小, 使16路模拟开关的刀向高端转换，顺序接通R10R1,接通的电阻减小，经与R11分压后，使 输出音频信号Vo减小。
