数据采集系统设计第三章2-模拟多路开关.ppt

3 1概述 第3章模拟多路开关 作用 将多路被测信号分别传送到A D转换器进行转换 机电式 电子式 类型 用于大电流 低速切换 用于小电流 高速切换 第3章模拟多路开关 第3章模拟多路开关 第3章模拟多路开关 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 2 多路开关的主要指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 3 2多路开关的工作原理及主要技术指标 第3章模拟多路开关 3 3多路开关集成芯片 1 无译码器的多路开关 开关类型 TL182C AD7510 AD7511 AD7512等 3 3多路开关集成芯片 芯片中无译码器 四个通道开关都有各自的控制端 3 3多路开关集成芯片 3 3多路开关集成芯片 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 2 有译码器的多路开关 AD7501 AD7503 3 3多路开关集成芯片 片上所有逻辑输入与TTL DTL及CMOS电路兼容 3 3多路开关集成芯片 表3 1AD7501真值表 3 3多路开关集成芯片 AD7503除EN端的控制逻辑电平相反外 其它与AD7501相同 AD7502 3 3多路开关集成芯片 表3 2AD7502真值表 3 3多路开关集成芯片 注意 AD7501 AD7502 AD7503芯片都是单向多到一的多路开关 即信号只允许从多个 8个 输入端向一个输出端传送 3 3多路开关集成芯片 3 3多路开关集成芯片 CD4051为8通道单刀结构形式 它允许双向使用 即可用于多到一的切换输出 也可用于一到多的输出切换 3 3多路开关集成芯片 表3 3CD4051真值表 3 3多路开关集成芯片 CD4052 3 3多路开关集成芯片 表3 4CD4052真值表 3 3多路开关集成芯片 3 3多路开关集成芯片 3 3多路开关集成芯片 a TI TexasInstruments b AD AnalogDevice 公司http c MAXIM美信公司 d NationalSemiconductor国家半导体公司http analog 3 4多路开关的电路特性 为了便于讨论 模拟多路开关中的一个开关用图3 11所示的等效电路来表示 第3章模拟多路开关 3 4多路开关的电路特性 RS为信号源内阻 CI为开关的输入电容 RON是开关的导通电阻 ROFF是开关断开时的电阻 CIO是跨接在开关输入与输出端上的电容 CO是输出电容 RL和CL为负载的电阻和电容 3 4多路开关的电路特性 1 漏电流 漏电流 通过断开的模拟开关的电流 用IS表示 3 4多路开关的电路特性 在n个模拟开关的并联组合中 当一个开关导通时 其它n 1个开关是断开的 未导通开关的漏电流将通过导通的开关流经信号源 如图3 12所示 这样 将在输出端形成一个误差电压UOE 3 4多路开关的电路特性 输出端的误差电压 式中IS 单个开关的漏电流 举例 如用两个AD7503构成16路输入通道 AD7503每个通道断开时的漏电流IS 2nA 25 其导通内阻RON 300 设RS 1000 则由式 3 1 可以算出漏电流引起的输出误差电压为 3 4多路开关的电路特性 设该系统的满量程输入电压为100mV 采用12位A D转换器 每个量化级是24 4 V 则误差电压大于系统的量化单位 如果通道数增加或信号源内阻很大时 情况还要严重 改进的方法 采用分级组合电路 3 4多路开关的电路特性 将3n个通道分成3组 再用3个第二级的开关接到输出端 这样将使流到输出端的漏电流由 3n 1 降到 n 1 差不多减 至 3 4多路开关的电路特性 2 动态响应 响应参数 开关切换时间 设定时间 开关闭合后系统带宽 3 4多路开关的电路特性 3 4多路开关的电路特性 设定时间tS 设CI CT 则化简图3 14 得 则 例3 1 设RON 100 COT 100pF CL 20pF RL 10M CI 5pF 精度0 1 求设定时间 3 4多路开关的电路特性 解 当RS 0时 当RS 2000 时 3 4多路开关的电路特性 从以上计算可以看到 RS 开关切换 因此 要想法降低RS和总输出电容COT 减少前置电路的输出阻抗 3 4多路开关的电路特性 等效电路的带宽 3 4多路开关的电路特性 3 源负载效应误差 源负载效应误差 信号源电阻RS和开关导通电阻RON与多路开关所接器件的等效电阻RL分压而引起的误差 计算源负载效应误差的等效电路如图3 15所示 3 4多路开关的电路特性 源负载效应误差 3 4多路开关的电路特性 由于负载效应是一种分压作用 使输出到上的信号减小 因此 应合理设计 提高负载内阻 RL RS RON 根据负载效应误差 在下级提高增益来补偿 例3 2 设某通道RS 300 RON 200 RL 5M 求误差 3 4多路开关的电路特性 解 负载效应误差 4 串扰 串扰 断开通道的信号电压耦合到接收通道引起的干扰 3 4多路开关的电路特性 分析串扰的等效电路如图3 16所示 3 4多路开关的电路特性 可知 减小RS2与RON 有利于减小串扰 加大CL也能减小串扰 但不利于动态响应 3 4多路开关的电路特性 3 5多路开关的配置 1 单端接法 单端接法 把所有输入信号源的一端接至同一信号地 另一端各自接至多路开关的相应输入端 如图3 17所示 第3章模拟多路开关 3 5多路开关的配置 图3 17 a 的信号地与模拟地很接近 但实际很难做到 UO UO 模拟地 模拟地 信号地 a b 图3 17单端接法 图3 17 b 的信号地与模拟地相离较远 优点 缺点 能使用系统的全部通道 抗共模干扰能力差 2 双端接法 双端接法 把所有输入信号源的两端各自分别接至多路开关的输入端 3 5多路开关的配置 3 5多路开关的配置 双端接法如图3 18所示 3 5多路开关的配置 UO 图3 18双端接法 优点 缺点 注意 当信号源的信噪比较小时 必须使用此接法 抗共模干扰能力强 只