cd4051.doc

模拟开关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。1.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。输入状态接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通1、 使用单电源时，CD4051的VEE可以和GND相连。2、强烈建议A，B，C三路片选端要加上拉电阻。3、CD4051的公共输出端不要加滤波电容（并联到地），否则不同通道转换后的电压经电容冲放电后会引起极大的误差。4、禁止输出端（INH）为高电平时，所有输出切断，所以在应用时此端接地。作音频信号切换时，最好在输入输出端串入隔直电容。2、 用途：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。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电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路. 如果在八个通道输入一模拟量，在输出端将输出什么 输入什么是自己设定3、 价格：在1.5元到2.0元之间4、原理圖：5、参数：导通电阻和平坦度模拟开关由一个传输门电路 (PMOS与NMOS并联) 构成，为了得到等效 (匹配) 的RON，PMOS大小需近似为NMOS的两倍。这也意味着电容失配的存在，从而影响电荷注入特性。传输门电路的复合RON特性曲线如图1所示。直觉上可能会认为RON愈低的器件愈好，但必须考虑特定应用的信号摆幅、适用电源、源/灌电流要求、成本和封装目标等因素。产品数据表中的导通电阻是在给定负载电流和特定VCC和VIN条件下的数值。在晶体管级，RON是器件长度 (L)、器件宽度 (W)、电子和空穴迁移率(mn, mp)、氧化层电容 (COX)、阈值电压 (VT) 和信号电压 (VGS) 的函数。最佳状况是使MOS器件与导通电阻相匹配，即是使RON位于信号电压的中点。RON P=L/(mp * Cox *W (VGS - VT )RON n=L/(mn * Cox *W (VGS - VT)假设mp、mn、VT和Cox不变，因为在低电压环境下VGS降低，所以，为了维持或减小RON就必须加大沟道宽度，从而引起器件周长和电容的增大。在设计晶体管时必须创新，有效地增加栅极面积，以减小通道电阻，但同时使周长的增加降至最小。通过将RON降低至1W以下，就可以不必通过放大器而直接驱动扬声器 (从32W变为8W)。这也意味着目前产品数据表中一般显示100mA以上的电流吸收能力，可以满足扬声器的功率转换性能要求。导通电阻平坦度 (RFLAT) 是指VIN从0V到VCC(或从V-到V+) 变化时RON的变化，或是RON在波峰和波谷之间的差值，如图1所示。如果RFLAT太大，意味着 PMOS/NMOS不匹配，复合RON曲线会引起音频信号随输入信号变化的可变衰减和失真。因此，在选择模拟开关时工艺技术和特征尺寸非常重要。带宽带宽指标需要与串扰和关断隔离统一考虑。几百兆赫兹的带宽 (3dB) 非常普遍，但是由于串扰和关断隔离以20 dB/decade的幅度衰减，因此在高频时它们将成为主要的影响因素。一般来说，带宽在1MHz的测试频率下测定，并是负载电容的函数。带宽的测试原理图如图2所示。串扰和关断隔离在视频应用中使用模拟开关时，须知道在1MHz下隔离度为70dB的开关在100MHz下隔离度仅有30dB。同样地，在1MHz下串扰为-90dB的开关在100MHz下串扰仅为 -50dB。串扰和关断隔离是量度“噪声”在特定频率下从开关通道串扰至未用(或关断)通道的指标。串扰是指一个模拟输入通道与另一个通道之间的交叉耦合，有邻近通道和非邻近通道两种耦合形式。关断隔离是失效通道从输入到输出的耦合。这些参数均以dB定义为：20 Log10 (VOUT / VIN )一般采用增益 (VOUT / VIN )来表示，但某些产品数据表可能将它表示为相对于VIN的衰减。串扰和关断隔离以20 dB/decade的幅度衰减。测试原理如图3所示。插入损耗插入损耗是由输入信号到输出信号的衰减，是负载和系统环境的函数。因此，它是由环境定义的参数，负载和线路板设计的变化都会对系统性能产生影响。插入损耗 (dB)=20 Log10 (1 + 芌FLAT / RLOAD)考虑到最坏情况，在式中使用芌FLAT而不是简单的RON。因为插入损耗也是线路板和系统环境的函数，所以在插入开关之前测量插入损耗是很重要的。例如，在1MHz下测量出开关的插入损耗，然后发现开关在高频下出现较大衰减，并以为这是开关的特性，但实际上可能线路板设计才是导致衰减加剧的主要原因。插入损耗的测试设置也在图3中示出。THDTHD也是一种插入损耗，但它是以谐波形式来定义模拟信号的失真，并用百分数而不是dB表示。此外，RFLAT和结电容是造成THD的主因。图4和下两式说明开关如何将失真表示为THD的函数。VOUT=a1 Vp sin(wt) + a2 Vp sin(2wt) + 缮.+ an Vp sin(nwt)其中 VIN = Vp sinwt换句话说，THD是谐波系数的平方和与基波系数之比的平方根。这些系数也是流过模拟开关的信号电流的函数，即为RFLAT / RON的函数。由于RFLAT0.1RON， 因此THD的一次近似为：THD(0.1 x RON / RLOAD)100%但是，当使用低RON值的开关时，电容成为主要因素。如果在视频领域使用这些开关，就需要计算阻抗 (电抗)值。THD的测试原理如图5所示。电荷注入电荷注入是开关过程中模拟开关的寄生电容失配及其对输出信号完整性影响的函数。在开关导通时，由于失配的存在，PMOS和NMOS的栅-漏电容将不同水平的正负电荷耦合进入漏极。由于开关导通，输出端有效移动的电荷通过开关导通电阻有效释放。当开关关断时，耦合电荷通过栅-漏电容添加在输出端，由于开关处于高阻态，所以输出负载必须存储电荷直到开关再次导通。低频情况下，因为在下次开关转换之前注入电荷发生泄漏，输出端可能会出现正负脉冲干扰，可通过在NMOS源-漏之间跨接一个分立电容的方法来减小电容失配，