《SSD的选择》word版.doc

SSD选择各大知名半导体制造厂商都有SSD产品，而且种类繁多，例如TI的模拟开关，松下的PhotoMOS光电耦合器，欧姆龙的MOS FET继电器，东芝的光继电器等等。如何选择出合适开关特性的SSD？有一点应该是显而易见的，即：最为重要的开关特性取决于开关的使用方式：存在哪些V+电平？需要传导多大幅度的信号？系统的最大信号失真限值是多少？我们假设系统中开关使用方式是：S断开时，发射机发射信号，发射信号电压一般在几百伏特，我们设定为峰峰值为200V，频率为100kHz，电流约为0.2A，发射信号中还可能会有1000V左右的浪涌电压存在，所以我们就要考虑：（1） 1000V的浪涌电压是否会破坏开关？S闭合时，接收机接收信号，由于接收信号很微弱，此时就要考虑：（1） 开关在工作的时频率的范围？（2） 开关中自身噪声对微弱接收信号的干扰程度？（3） 微弱接收信号通过开关的衰减是多大？一、TI模拟开关11. 以下是在选择合适的TI模拟信号开关时需要考虑的一些因素V+ 对于非充电泵型开关而言，V+决定了模拟信号可削波传导的幅度。传输晶体管的栅极必须相对期望输入电压范围的最小值和最大值施加偏置。某些开关允许从两个电源来施加偏置，因而使其易于传导正信号和负信号。具有集成型充电泵的开关能够将栅极电压提升至高于V+（代价是需要消耗较大的I+），从而传导幅度大于V+的信号。VIH / VIL 为什么这些参数是重要的模拟信号开关考虑的因素？在大多数应用中，信号开关受控于数字信号源的输出；因此，控制信号电平和必须与该信号相兼容，以确保开关的正确操作。通态电阻（） 由于与信号损失及劣化有关，因此低的折衷是必须考虑的。非充电泵型开关利用大的传输晶体管来实现低。而此类较大的晶体管会导致芯片尺寸增大，并增加输入/输出电容（）。该额外增加的通道电容会造成非常严重的影响，因为它将限制开关的频率响应。采用充电泵技术的开关能够实现低和低，但所需的I+则明显提高。通态电阻平坦度（） 该参数详细说明了在规定的条件范围内的最小值和最大值。这些条件通常是指温度或者电源电压的变化。导通/关断电容（/） 总的开关和负载电容会影响响应时间、稳定时间和扇出限制，因此必须纳入考虑的范畴。频率响应 所有的CMOS开关都具有所能传导的频率上限。不管在芯片制造商的处理工艺中能够将和保持在如何低的数值，阻容耦合仍将形成一个不希望的低通滤波器，从而衰减开关的输出信号。正弦波失真和总谐波失真（THD） 该参数用于衡量器件的线性度。非线性度有可能因多种因素而引入（设计、器件物理特性等等）；但通常情况下最大的影响因素是，对于所有类型的CMOS开关而言，将随着VI/O而改变。拥有低是重要的，但是在整个信号范围内保持平坦的同样重要。对于的信号范围，n沟道开关呈现出非常平坦的特性；但随着Vi/o逐渐逼近V+、以及VGS的下降，将急速增加。并联n/p沟道开关则在的信号范围提供了良好的平坦度，并在推荐的最高开关电压电V+上具有最佳的平坦度特性。串扰 需要考虑的串扰有两种：控制（使能）至输出的串扰 串扰的级别是对开关控制信号与开关输出之间去耦优劣程度的度量指标。由于CMOS处理工艺的寄生电容的原因，改变控制信号的状态将导致输出端上出现噪声。在音频应用中，这可能是令人反感的劈啪声的来源 在音频设备开启和关闭时有时会听到这种声响。开关之间的串扰 串扰的级别是衡量相邻通道抑制能力的指标。与控制至输出的串扰一样，寄生电容会将源自一个开关上的信号耦合至另一个开关的信号。关断隔离（OFF Isolation） 对关断状态下的开关阻抗的度量。该参数以dB为单位，通过在特定的频率下对处于关断状态的相应通道（NC至COM或NO至COM）进行测量而确定。馈通（Feedthrough） 该特性参数与开关在关断状态下阻隔信号的能力有关。与串扰一样，寄生电容可使高频以耦合的方式通过开关，从而使得开关看似处于导通状态。电荷注入（Q） TI规定了使能至输出串扰，而某些竞争对手则采用这种电荷注入参数。与使能至输出串扰一样，改变控制引脚的状态将导致电荷被耦合至晶体管的通道，从而引起信号噪声。先断后接（BBM）时间 当信号通路因选择输入而改变时，确保两个多路复用器的通路之间决不存在电气连接。该参数在规定的条件范围内测量，并通过在控制信号改变状态时测量两个相邻模拟信号通道（NC和NO）的输出之间的传播延时确定，如下图所示：先接后断（MBB）时间 当信号通道因选择输入而改变时，确保两个多路复用器的通路决不开路。该参数在规定的条件范围内测量，并通过在控制信号改变状态时测量两个相邻模拟通道（NC和NO）的输出之间的传播延时而确定，如下图：2. TI开关命名方法二、松下PhotoMOSMOSFET输出光电耦合器松下电子自主研发的PhotoMOS属于半导体继电器，PhotoMOS是利用光电元件来直接驱动功率MOS的设备。1. PhotoMOS的结构和动作2PhotoMOS基本上由LED光电元件MOSFET（2元件）4个元件构成。图1 PhotoMOS继电器的等价电路PhotoMOS动作时：当输入端有电流通过时，LED就会发光光电元件接收到该光后，会产生电压通过控制电路传输已产生的电压将电压供给到输出端功率MOSFET的栅极电极输出功率MOSFET会由OFF转为ON负载中有电流通过PhotoMOS复位时：输入端的LED电流会被切断由光电元件产生的电压会消失向输出功率MOSFET传输的栅极电压会消失输出功率MOSFET会由ON转为OFF负载电流会消失 2. PhotoMOS继电器的特点3 可控微小模拟信号晶闸管或光电耦合器及一般SSD，不能控制数百mV一下的信号，但是PhotoMOS继电器闭路时的偏置电压极低，因此，即使是对微小电压信号或模拟信号也可不变形控制。如图2和图3分别从负载电压电流特性比较和使用装置输出信号比较这两方面说明了PhotoMOS继电器的这个特点。图2 负载电压电流特性比较图3 使用装置的输出信号比较 电路板小型化和设计容易化可将发光元件、光电元件、功率MOSFET集中到一个封装中，而且MOSFET的电路门电极也在封装中，因此抗干扰或静电能力较强。另外，内置自身发电功能的光电元件，所以，不需要外部电源来驱动功率MOSFET。 用小输入信号可可控制大负载与光电耦合器相比，因增幅率较大，所以可实现EMR所没有的的高灵敏度。如下图所示： 开路时的漏电流极小一般的SSR开路时的漏电流大到数mA，但PhotoMOS继电器即使施加负载电压400V，也小的只有1uA以下。3. 开关使用注意事项4：（1） 关于输入端的干扰、浪涌保护在输入端施加较大的干扰或者浪涌时，可能会引发误动作，或者造成破坏。此时，请在C、R等中插入吸收平扰的电路。（2） 输入端动作电压被逆连接时（3） 操作电压中含有脉动时操作电压中含有脉动时，请使脉动最高点的电压保持在额定操作电压的最大值以下，使脉动最低点电压保持在额定操作电压的最小值以上。（2） 发射信号存在1000V的浪涌电压，这样我们就要在开关输出端增加过电压保护电路。保护元件不受过电压影响的方法有以下几种4：1） 使用可逆浪涌耐量的保护元件：（可控雪崩器件等）2） 过电压原因的对策：在变压器的次级侧实施开关的开放，或使用切断速度较慢的开关。3） 设置吸收过电压能量的电路：在SSD的两端连接CR浪涌吸收或者压敏电。产生的浪涌超过额定值时，请插入浪涌吸收电路或者浪涌吸收元件，例如：ZNR松下电子部品制ZNR的产品实例（松下电子部品制）ZNR额定电压的选择：输出端电压的峰值；输出端电压的变动值；ZNR的劣化（约10%）；ZNR的允许差值（额定电压的）例如100V线路的情况下，应选择额定电压为。发射信号的浪涌电压是1000V，所以选择ERZV14D681吸收浪涌电压。（3） 由于接收信号很微弱，所以开关导通电阻（）要求很小以使接收信号失真不超过最大信号失真限值。三、开关设计方案1. 应用TI模拟开关设计方案TI模拟开关大部分模拟开关器件是应用于音频领域的，在第一章中可知V+决定模拟信号可无削波的幅度，在TI官方的模拟开关与多路复用器（大于5V）选型网站页面上5查得V+最大为22V，所以可无削波传输的模拟信号的最大幅度是22V。在我们的设定例子中，接收信号是很微弱的，并且TI的模拟开关都是在小信号音频应用领域，非常适合微弱的音频接收信号，但是同时我们也要考虑一个问题，那就是在开关断开时，发射信号幅度是200V并且可能有1000V的浪涌电压，模拟开关在此高电压的情况下是否会损坏？如果模拟开关无法在此高电压下工作，那么尝试在开关输出端增加过电压保护电路，例如松下的ZNR。2. 应用松下PhotoMOS光电耦合器设计方案PhotoMOS继电器的特点利于我们接收微弱信号，并且在图3中的比较中可知，PhotoMOS在传输信号的完整性方面表现优秀，并且PhotoMOS光电耦合器种类繁多，相关资料也丰富，便于我们使用。可查阅PhotoMOS（MOSFET光电耦合器）综合样本中根据开关特性选择合适的器件。4、 电路测试1. 将S断开，发射机正常发射信号，测试2处信号，即可判断发射机发射时是否可引起接收机误接收2. 将S闭合，在1处接地，测试2处信号