数据采集系统设计第三章2模拟多路开关课件

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

⑴AD7501（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

导通

00001111×

00110011×

01010101×

111111110

12345678

无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。⑵AD75023.3

多路开关集成芯片

表3.2AD7502真值表

接通通道

0011×

0101×

11110

1和52和63和74和8

无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

C

B

A

接通通道

000000001

00001111×

00110011×

01010101×

S0S1S2S3S4S5S6S7

无3.3

多路开关集成芯片

⑷CD40523.3

多路开关集成芯片

表3.4CD4052真值表

输入

接通通道

AB

XY

0000010100111××

00

11

22

33

均不通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:///analog3.4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=300Ω，设RS=1000Ω，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24.4V，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

⑴设定时间

tS

设

CI<<CT，则化简图3.14，得则【例3.1】设RON=100Ω，COT=100pF，CL=20pF，

RL=10MΩ，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=2000Ω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

⑵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①提高负载内阻，RL>>RS+RON②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=300Ω，RON=200Ω，

RL=5MΩ，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①减小RS2与RON，有利于减小串扰。②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US1RS1US2RS2USnRSnUS1RS1US2RS2USnRSnUcm1RfRf(a)(b)图3.17单端接法UcmUcm2Ucmn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