模拟开关的关键技术特性和应用实例分析
近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。
尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。
模拟开关的模拟特性
许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：
1. 导通电阻(R on)随输入信号(V IN)变化而变化
图1a是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N沟道MOSFET与P沟道MOSFET构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN值所对应的P沟道MOSFET与N沟道MOSFET的导通电阻并联，可得到图1b并联结构下R on随输入电压(V IN)的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R on随V in呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。此外，R on也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。
图1：a. 模拟开关原理图；b. 模拟开关导通电阻与输入电压关系
2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围
由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定的范围。
3. 注入电荷
应用机械开关我们当然希望R on越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。然而对于模拟开关而言，低R on并非适用于所有的应用，较低的R on需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t=RC，充电时间取决于负载电阻(R)和电容(C)，一般持续几十纳秒。这说明低R on具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡R on和注入电荷。
4. 开关断开时仍会有感应信号漏出
这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。通常信号的频率越高，信号泄漏的程度越严重。
5. 传输电流比较小
模拟开关不同于机械开关，它通常只能传输小电流，目前CMOS工艺的模拟开关允许连续传输的电流大多小于500mA。
6. 逻辑控制端驱动电流极小
机械开关逻辑控制端的驱动电流往往都是毫安级，有时单纯靠数字I/O很难驱动。而模拟开关的逻辑控制端驱动电流极小，一般低于纳安级。因此，它完全可以由数字I/O直接驱动，从而达到降低功耗、简化电路的目的。
模拟开关的开关特性
既然称之为模拟开关，自然它还具有开关性，具体表现如下：
1. 信号可双向传输
有些人习惯于把模拟开关的两个常开常闭端称之为输入端，公共端称之为输出端，其实这只是根据模拟开关的具体应用给予的临时定义。模拟开关大多可以使信号双向传输，如果忽略这一点，就很容易使电路生成问题，比如将电压反向偏置、电流倒灌等。
2. 开关断开后漏电流极小
模拟开关在断开(OFF)时会呈现高阻状态，两传输端间的漏电流极小，一般只有纳安级以下，如SGM3001、SGM3002和SGM3005系列模拟开关，其断开后的漏电流均为1nA。这么微弱的电流在应用中可忽略不计，模拟开关此时可被认为是理想断开的。
总之，模拟开关是具有开关功能的半导体器件，在应用过程中既要充分利用它的开关功能，又要考虑它的半导体特性，否则可能会出现意想不到的麻烦。
模拟开关应用实例分析
图2是一音响设备前端放大及信号选通部分电路，其中选用了SGM324(四通道运算放大器)和SGM3002(双通道模拟开关)。
图2：音响前端放大及信号选通电路
该方案设计本意是当Input=0时，Line_outL和Line_outR音频信号选通；当Input=1时，Phone_outL和Phone_outR音频信号选通。然而当实验机做出后，设计者发现当Input=1时，Line_outL和Line_outR通道有相当一部分信号分别漏到D1和D2端。应用网络分析仪HP/Agilent 3589A测试SGM3002的关断隔离度，当输入信号为10kHz时，SGM3002的关断隔离度仅为-120dB，因此芯片应该没有问题。
事实上，该电路在模拟开关应用上存在下面两处错误：
1. 模拟开关的输入信号缺少一个直流偏置
图2中模拟开关部分电路可以等效成图3，本文第一部分曾经提到模拟开关输入信号输入不能为负。
图3：模拟开关等效电路
通常来讲，CMOS工艺的模拟开关输入信号最小只能到-0.3V，如果再低于这个值，芯片将不能正常工作，甚至会损坏。图2中模拟开关输入信号没有直流偏置，所以输入信号有一部分处于负值区，模拟开关自然无法正常工作。
解决办法：将电容C2、C3均去掉，模拟开关输入信号便有了1/2VDC的直流偏置信号，此时模拟开关便可以轨到轨工作。此外，由于模拟开关公共端后面加了电容，所以直流信号依然可以被有效地隔离。
2. 在D1和D2端缺少耦合电阻
当模拟开关在断开的情况下，其输入与输出端等效串联了一个电容C，如果再假设在模拟开关输出端到地之间有一个等效电阻R，则模拟开关在断开时的等效电路如图4所示。
图4：模拟开关断开时的等效电路
此时的模拟开关其实等效为一个RC滤波电路，由此不难得出以下公式：
其中，u out为模拟开关输出信号；u in为模拟开关输入信号；R为模拟开关输出端电阻负载；C为模拟开关断开时等效电容；f为输入信号频率。
由于模拟开关等效电容C会设计成很小，所以当输入信号f处于音频区时，增益A由R和f同时决定。当R取值较小时，f起主导作用，此时A<<1，信号被有效隔离。当R取值较大时，此时R起主导作用，此时A—>1，信号几乎被完全泄漏过来。所以当输出端悬空时，其输出端与地之间电阻R—>+∞，此时模拟开关完全导通。
修正以上两个错误后，该音频应用电路便可以正常工作了。由以上实例可以看出，充分理解模拟开关的基本概念是正确应用模拟开关的基础。
参考文献
1. 魏智：《CMOS模拟开关的选择与典型应用》Maxim公司，2004
2. Graham Ls Connolly：《在超便携应用中模拟开关的关键设计参数》飞兆半导体公司，2004
曹会宾
应用工程师
caohuibin@https://www.doczj.com/doc/5419151338.html,
哈尔滨圣邦微电子有限公司
问：选择模拟开关主要需注意哪些参数？
答：模拟开关要根据不同的应用选择不同的参数，如果是应用在高频操作的状态下，导通阻抗和频宽，电容都比较重要，但是对一些小信号低电压的操作，电路通道的损耗还有电荷注入，泄露电流引起信号损耗和开关噪音这些都是比较重要的因素，所以还是要根据不同的情况做不同的选择。
问：模拟开光的泄漏电流和导通电阻是不是一对矛盾的量？能不能同时都做得很小？
答：模拟开关的泄漏电流和导通阻抗不是一对矛盾的量，模拟开关的导通阻抗和它的频宽相应的来说是对立的矛盾，正常来说，模拟开关的泄露电流是比较小的，都是在pA级的，对新的工艺来说，可以将导通电流和平宽同时进行优化，导通电阻降下来，负载的效率会有一定的提高，频带拓宽在高速传输应用。
问：高频操作，在结构上如何选择模拟开关？
答：高频信号的传输与模拟开关的动态电路和静态参数的优化，还与模拟开关的脚位，一些电源电路的线路的布局有关系，比如说在数据口的D+和D-，一般建议大家进行平行输出，不要有一些相互的交差。相反的，在其它有干扰的信号进来的时候，尽量不要和数据口作平行，这样会有一些耦合，然后在一些电源信号影响比较大的时候，建议和PCB的数据线做一个将近似90度直角，好处是可以保持信号的纯净。另外，就是电源的GND和信号线做适当屏蔽，这对高频的信号会有更好的传输。谢谢！
问：Vishay公司的这一类器件在焊接上有无特殊要求，温度控制是否苛刻？
答：Vishay的模拟开关都是一个标准的器件，在出厂之前，我们有一个JEDEC020C 标准认证，建议大家按照这个行业标准去做就可以，没有其它特殊的要求。
问：MiniQFN这种封装对于SMT修复有什么影响？会不会不利于取下来？谢谢
答：MiniQFN封装是一个无引脚的封装，现在很多工程师都很熟悉用热风枪取这些器件，对这种封装来说，我相信很多工程师已经做过试验，这是一个标准的封装。
问：Vishay公司的模拟开关有哪些独特的优势？
答：Vishay的新产品在封装方面有了一个很大的改善，我们又推出了MiniQFN
这种小型的封装，它完全通过了一个工业上面的标准，比QFN可以节省50%的空间，非常适合在便携式场景应用的，在低压应用范围和超低的范围都有一些相应
的改善，同时我们推出了新的像DD3157A一系列的具有保护功能的模拟开关系列。谢谢！
问：DG2612和DG2613有什么区别？
答：DG2612和DG2613是一款中型的带负压功能的一个开关，实际上，它基于一个同样的设计，它的区别是2612在source端带有偏执功能，是加入了两个小的开关，透过50欧左右的电阻接到地上面，电池在2612可以提供一个Discharge 的Path，在信号切进去之前，降低开关的噪音，2613不带开关的功能，主要原
因是在某些线路方面，即使路径在切到另外一边的时候，被切断的信号还在，它变成透过一个电阻时钟接在地上，有些客户在设计上不希望这些事情发生，因此因人而异。
问：模拟开关V+，是否要处于常开(ON)状态，对于直接电源供电。那如果电源
拿开时还有信号加上，会发生什么状况？几种主要封装如QFN,CSP和miniQFN
在跑SMT时有何特别要求不同？
答：模拟开关V+一般建议是常开的状态，因为信号在加进来的时候，我们需要
电源保持常开，信号可以比较适当的去传输，电源关掉的时候，有可输入的信号直接串到输出端，这是一个不好的现象。实际在工作的时候，信号会超过半导体的一个阀值，比如说信号超过400个毫伏，它的模拟开关是有一个P－CH或N－CH的MOS管去并联的，当超过这个阀值时，它的信号会自然而然的传到输出端，所以我们建议电源是处在一个常开的状态。另外， VISHAY 在在这方面有一些新的模拟开关，欢迎垂询。CSP的引脚是一个锡球，一般就是锡球的推力强度会稍微大一点，我们已经超过工业的标准250克，我们的推力已经达到350克以上，这是我们理解的一个强势，MiniQFN是一个比较标准的引脚，它的封装的特性和我们之前的QFN是比较有相似的，跑SMT的时候，我们没有特别的要求。
问：贵公司的模拟便携开关的工作寿命是多少？工作的频率可以达到多少？
答：模拟便携式的工作寿命都是按照标准去做，其中有一个高温测试是JSD147的，至于什么军用的标准，目前不是我们讨论的范畴，我们工作频率的带宽，目前的产品我们已经做到900兆之外。
问：新型模拟开关是如何解决接通瞬间的噪声？
答：模拟开关在开的过程中的噪音和应用电路有关，关键是看在哪一方面的应用。造成噪音主要有两方面的原因，一个是外部的信号源，这种状况常常发生在音频方面，我们会看到这些方面的事情，模拟开关因为是新MOS的制程，它有个指标是charge injection，在开关的瞬间，这个指标从开到关的过程中，有一个电
荷会瞬间被down在负载面，从硬件来看，如果是音频的话，用Switch的方式来做，那个主要是解决DC偏执的不同，另外在选择模拟开关的时候，应该选择charge injection的比较小的模拟开关，长期以来一直使用一种新的设计就是
对charge injection进行一个补偿的设置，N和P并在一起时，差不多是A的
2.8倍，两边同时关的时候，电容不一样，会造成噪声，所以常常会对A进行一个电容的补偿来平衡两边的电荷，减少对噪音的影响。
问：模拟开关在应用中，会出现注入电荷的问题，如何尽可能的减少其对输入信号的影响？
答：注入电荷的影响就是我们常说的charge injection的影响，如果控制不好，会引起很大的开关噪音，一些供应商包括我们在模拟开关上面也是做了一些内部的处理，在内部做了一些补偿，由于NP的基层电容所造成的，已经把charge injection降到最小的程度，另外是人工在布线的时候，也需要有一个相对的考量，尽量使用单点地或者是模拟和数字地之间，尽量使用一个大面积的铺地，来尽量减少由于线之间外部的charge injection 来对输出信号的影响。
问：模拟开关在电路使用结构上有几种方式？各有何特点？
答：在医疗工业产品的应用上面，在工艺医疗产品上面，有些公司会把模拟开关进行一些组合式的应用，最常见的是几个模拟开关的使用，这种应用可以增大通道的电流，从而减少通道的阻抗，同时它有比较弱的信号隔离度，也可以把模拟开关串联使用，这样会增大串联的阻抗，同时也可以提高信号的隔离度，一般很少使用到这种串联的应用，会结合一个Shuntswitch的开关共同使用，这种模拟开关的组合，可以有效的提高信号的隔离度，来减少对信号阻断的机会，也有很多人会使用这种组合，这种模型是两个开关串联在中间，同样使用一个Shuntswitch开关做一个接地，这种模型可以最大限度的提高信号的隔离，但是它的结构较为复杂，所以针对不同的应用，可以采取不同的模拟开关组合的方式。
问：我们在使用模拟开关作音频信号切换时，当开关关断后音频信号仍通过开关进入功放，请问发生此现象的原因及解决办法是什么？
答：模拟开关典型的电路是一对P/N沟道的MOS管去并联而成的，P沟道的门级在V+电位的时候，我们就会发现P沟道是一个负电压导通的，如果你的（输入）电压为零的时候，输入端是一个source就是源极，如果你的元件有接Drain的话，它的情况就会有导通，相同的就是一个源极有一个低电位，gate比source 高出很多，这样的时候，如发现输入信号是一个高电平，那我们电源电压关断的时候，它的门级其实是一个零电平，如果输入信号是一个负电平的话，就会导通，所以功放从输入端到输出端，当高于电源的时候，实际上Gate相对于source
是负电平，那这个管子就是导通的，自然而然的信号就从输入到输出，比较好的解决办法就是建议输入电源的电压不要关掉。
问：模拟开关在高频应用中EMI、EMC方面是否有影响？
答：可能EMI和EMC是一个比较通用的名词，一般是指电磁干扰和电磁耦合，其实一个是敏感度一个是骚扰源的问题，EMI是指干扰，那模拟开关是指有一个信号输入和输出，之所以它并不是一个信号源，模拟开关不存在EMI干扰的问题，还有一个就是EMC电磁敏感度。很多工程师说，模拟开关通过的时候，可能有一些噪声出来，这个可能是布线的时候，有一些比较敏感源在旁边，模拟开关仅仅
是信号输入和输出，它可能会使信号过来，它的电源或者是地有一些信号可以串进来，还有就是我们周边可能会有一些射频的干扰，通过一些空间射频的干扰，会进行一些传导，这个不仅仅是模拟开关的问题，通过我们所有的器件，包括电阻也会产生一些噪音和干扰，正常的情况下，首先我们要认清EMI不是模拟开关的问题，必须在设计的时候，要找到最根本的干扰源在哪里，其次通过模拟开关进行试验的时候，发现有噪声出来，首先查电源是否干净，较大的干扰信号是否进行屏蔽，其它的可能有些开关的噪音包括你的设备里面可能会有一些上升沿和下降沿，特别频繁的开关动作的时候，也会有一些耦合过来，这之间是不是有一些比较大的电容，在布线上有些耦合的影响，第三，是在布线的时候是否和我们的影线有垂直的关系，就是相同的信号我们尽量使它平行走，不同的信号我们尽量让它垂直走，尤其现在便携式设备上，设计的越来越紧凑，对工程师的布局有一些影响，但是这是一个基本的设计的规则，最后一个是我们现在发现有一些PCB有一些过孔，实际上最好不要让一些开关速度比较高的信号通过，因为过孔也是一个比较强烈的干扰源。
问：模拟开关使用在测量仪表中，测量点为64点，每点连接采用SPDT方式，不知道Vashy有哪些产品适合？导通阻抗要求小于20欧姆，电容小于10pf。
答：您可以选用我们的DD611或者是DD641，因为它们有很低的高通阻抗，像DD611是18欧姆，DD642是5欧姆，同时电容也可以做到小于10PF，有很好的输出浪涌的抑制能力。在低压驱动方面您也可以选择DG721系列，在3伏典型值的时候可以做到5.7欧姆，电容值可以做到5.6PF，是完全可以满足需求的。
问：模拟开关输出信号进入ADC前应该做什么调理？其输出特性（输出阻抗）如何？对音频信号而言。
答：如果对音频信号而言，模拟开关输出信号进入ADC的时候，有一个切换的噪声，我们在选择开关的时候，应该注意charge injection 的噪音影响，那ADC 的输入阻抗，因为charge injection 的ADC还有另外一个指标，要看下ADC的输入阻抗，然后找到对模拟开关可以接受的平衡点，来选择一个合适的模拟开关，不一定非得选择针对音频输出的低阻抗的开关，有比较大的选择的空间，建议不要用，因为是做ADC的处理，所以还会提供一些更大的电压范围可以带负压的可以提供平台的空间，它带正负电压的一些系列产品，像BG400L，BG94系列的那些9408，那些带正负压的会提供一些广阔的平台空间，可以做ADC的多路输入给ABC切换的应用产品。
问：我比较关心直流功率开关前的逻辑控制。因对贵公司产品没有了解，很多情况下用到一选二的开关。以前是用CD4066加反相器来做的。DG2612/3/DG2744合适吗？
答：CD4066是业界比较流行的开关，这个开关和刚才提到的CMOS模拟开关电压范围都是很接近的，最主要的区别就是低电压的特性Vishay的工艺有很大的改进，因此能够提供更低的工作电压，更平坦的导通曲线，还有跟CD4066相比有比较低的漏电流，在开关的逻辑选择那块Vishay新的模拟开关能够提供更低的逻辑界面和控制线路方面来进行interface,对直流功率不是特别的了解您的问
题，如果是说希望有更大的功率的话，Vishay的开关具有更高的密度和更好的隔离度，也可以把多路的开关做一些并接的接法也是可以的。
模拟开关电路的介绍
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模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。
一、模拟开关的电路组成及工作原理
模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。
表一
E A B
1 0 0
1 1 1
0 0 高阻状态
0 1 高阻状态
模拟开关的工作原理如下：
当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。
当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。
当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。
从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。
二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路
根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。
表二常用的模拟开关
类别型号名称特点
模拟开关CD4066 四双向模拟开关四组独立开关，双向传输
多路模拟开关CD4051 8选1模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
CD4052 双4选1模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
CD4053 三路2组双向模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
CD4067 单16通道模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
CD4097 双8通道电路模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
CD4529 双四路或单八路模拟开关电平位移，双向传输，地址选择
三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例
CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。
下面介绍CD4066模拟开关的两个应用实例。
1．采样信号保持电路
采样信号保持电路如图二所示。
图二采样信号保持电路
模拟信号Ｕi从运算放大器的同相输人端输人。当模拟开关控制端为高电平时，模拟开关导通，电容Ｃ被充电至Ｕi，这个过程叫做输人信号的采样。当采样结束时，使模拟开关控制端为低电平，模拟开关断开。由于模拟开关断开时的电阻高达100M以上，且运放Ａ2的输人阻抗也极高，故电容Ｃ上可以保持采样信号。
2．四路信号交替显示装置
一般的单线示波器只能显示一路连续信号，如果使用该装置，便能够用单线示波器同时显示出四路连续信号，在需要对不同信号的时间关系进行比较时，是十分方便的。
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图三四路信号交替显示装置电路图
图三是该装置的电路图，它采用CD4017计数器和振荡器组成四节拍电路，控制两个CD4066内的４对模拟开关，使其依次导通。在每一对模拟开关上，分别加有可调直流电平和一路输人信号，当模拟开关的选通端为高电平1时，模拟开关导通，直流电平和输人信号则经运算放大器反相求和后送到示波器的Ｙ轴输人端。由于四路信号对应不同的直流电平，所以在示波器上能将四路信号上下分开。虽然四对模拟开关是受计数器的Q0、Q1、Q2、Q3输出端控制的，它们依次一个个地导通或截止，但由于振荡器的振荡频率较高，使人眼感觉不到波形的闪烁
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MUX & SWITCH
Data Sheets
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ANALOG
Applications Notes
1
1
e Futurcts Produ
!
SOT
/ Maxim ( SPST )
+2.0V
+5.5V
: +25° C 0.5 SOT23-5 1 MAX4544 SOT23 PDA 1 +2.0V
MAX4626/MAX4627/MAX4628
+5.5V 50ns t ON 50ns t OFF MAX4501/MAX4502 MAX4514/MAX4515 TC7S66F Maxim MAX4644 / : MAX4661–MAX4669 ±15V 1.25 5 ( SPDT )
MAX4624/MAX4625 +25 °C MAX4626/MAX4627/MAX4628 MAX4624 ( BBM ) ( MBB ) MAX4625
6
MAX4680/MAX4690/MAX4700
+25 °C ( MAX4624* MAX4625* MAX4626* MAX4627* MAX4628*
* —
RON )
+25 °C
RON () 6 6 5 5 5
– SOT23 SOT23 SOT23 SOT23 SOT23
(ns) tON 50 50 50 50 50 t OFF 50 50 50 50 50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 1 0.5 0.5
/
0.3 0.3 0.2 0.2 0.2
0.5
多路复用器和模拟开关 多路复用器（MULTIPLEXER 也称为数据选择器）是用来选择数字信号通路的；模拟开关是传递模拟信号的，因为数字信号也是由高低两个模拟电压组成的, 所以模拟开关也能传递数字信号。 在CMOS多路复用器中，因为其数据通道也是模拟开关结构，所以也能用于选择多路模拟信号。但是TTL的多路复用器就不能选择模拟信号.。 用CMOS的多路复用器或模拟开关传递模拟信号时要注意：模拟信号的变化值必须在正负电源电压之间，譬如要传递有正负半周的正弦波时，必须使用正负电源且电源电压大于传递的模拟信号峰值，这时其控制或地址信号必须以负电源电压为0，而以正电源电压为1；或者用单电源供电，而使模拟信号的变化中值在 1/2 电源电压上, 传递之后再恢复到原来的值。 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CD4066 CD4066的引脚功能如下图所示。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－50dB。
2.单八路模拟开关CD4051 CD4051引脚功能如下图所示。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0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。 3.双四路模拟开关CD4052 CD4052的引脚功能如下图所示。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。
关于三菱PLC编程软件GX Developer 7.08版与仿真软件 GX Simulator 6C版的使用说明 操作环境：windows XP 系统 安装版本：三菱PLC编程软件GX Developer 7.08版(此版本兼容性好，系统稳定) 三菱PLC仿真软件GX Simulator 6C版 1）进入编程软件GX Developer 7.08： 1-1点选“开始”菜单栏，顺序点选“所有程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX Developer”，点击打开；-----------------------------------------------------------图1 图1 1-2进入GX Developer 7.08软件初始画面；----------------------------------------------------图2 图2 1-3新建一个PLC程序，顺序点选主菜单栏中“工程”→“创建新工程”；-------------图3 图3
1-4“创建新工程”提示栏内点选“PLC系列”，在下拉菜单内选择所用PLC系列，此文以FX2N型PLC为例说明，点选“FXCPU”亮后，左键单击进行确认--------------图4 图4 1-5“创建新工程”提示栏内点选“PLC类型”，在下拉菜单内选择所用PLC类型，此文以FX2N型PLC为例说明，点选“FX2N(C)”亮后左键单击进行确认，按“确认” 完成创建流程--------------------------------------------------------------------------------------图5 图5 1-6进入GX Developer 7.08软件使用画面；----------------------------------------------------图6 图6
集成多路模拟开关的应用技巧(cd4051) 集成多路模拟开关的应用技巧 摘要：从应用的角度出发,研究了集成多路模拟开关的应用技巧,并结合实例进行了讨论。这些应用技巧具有较强的针对性和可操作性,对集成多路模拟开关的正确选择与合理使用具有指导意义。 关键词：集成多路模拟开关传输精度传输速度 集成多路模拟开关（以下简称多路开关）是自动数据采集、程控增益放大等重要技术领域的常用器件,其实际使用性能的优劣对系统的严谨和可靠性重要影响。关于多路开关的应用技术,些文献上介绍有两点不足：一是对器件自身介绍较多,而对器件与相关电路的合理搭配与协调介绍较少;二是原则性的东西介绍较多, 而操作性的东西介绍较少。研究表明：只有正确选择多路开关的种类,注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调,保证各电路单元有合适的工作状态,才能充 分发挥多路开关的性能,甚至弥补某性能指标的欠缺,收到预期的效果。本文从应用的角度出发,研究多路开关的应用技巧。目前市场上的多路开关以CMOS电路为主,故以下的讨论除特别说明外,均针对这类产品。 1 “先断后通”与“先通后断”的选择 目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通”（Break-Before-Make）。在自动数据采集中,应选用“先断后通”的多路开关。否则,就会发生两个通道短接的现象,严重时会损坏信号源或多路开关自身。 然而,在程控增益放大器中,若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻,以改变放大器的增益,就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则,放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高,易破坏电路的正常工作,甚至损坏元器件,一般应予避免。 2 选择合适的传输信号输入方式 分别适用于不同的场合。,传输信号一般有单端输入和差动输入两种方式 单端输入方式如图1所示,即把所有信号源一端接同一信号地,信号地与ADC等的模拟地相接,各信号源的另一端分别接多路开关。图中Vs为传输信号,Vc为系统中的共模干扰信号。 图1（a）接法的优点是无需减少一半通道数,也可保证系统的共模抑制能力;缺
PMOS开关管的选择与使用说明 首先要进行MOSFET的选择，MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率系统中，MOSFET 可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。必须清晰MOSFET的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。假如栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍旧有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。 第一步：选用N沟道还是P沟道 为设计选择准确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET 连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET，这也是出于对电压驱动的考虑。 第二步：确定额定电流 第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。该参数以FDN304P管DATASHEET为参考，参数如图所示： 在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。 选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOSFET并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小；反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较轻易(较为普遍)，而对于工业设计，可采用较高的电压。注重RDS(ON)电阻会随着电流稍微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。 第三步：确定热要求 选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在
常用模拟开关芯片引脚,功能及应 用电路 ! m8r*}3V"d'w , n7x8L1z&B#r1a0Z3~ 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。$ \, \4F-]5}8 W6 G2 T 2 t$y5I&R!n6N&}4z 一、常用CMOS模拟开关功能及引脚介绍) ]) S f7 X; S& Z+ X 1.四双向模拟开关CD4066% b$ Y) P- k5 c3 \# _, |+ a 4 D7{6F T4v8e,S,y CD4066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－50dB。. V"T!S1O,h#n O 2.单八路模拟开关CD4051 n*L+X%k._+L CD4051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0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。& Q/]9t"F8o,`7J(q 表1 附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件, 保暖
今天做电路研究的时候要用到多路数据选择器，多路开关。和开发部的头讨论了下，才发现里面有很多东西要学，这里就贴出来一些心得分享一下，一下的内容也有从别处摘来的一部分。选择开关时需考察以下指标： 1 多路开关通断方式的选择 目前市场上的多路开关的通断切换方式大多为“先断后通” （Break-Before-Make）。在自动数据采集中，应选用“先断后通”的多路开关。否则，就会发生两个通道短接的现象，严重时会损坏信号源或多路开关自身。然而，在程控增益放大器中，若用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻，以改变放大器的增益，就不宜选用“先断后通”的多路开关。否则，放大器就会出现开环状态。放大器的开环增益极高，易破坏电路的正常工作，甚至损坏元器件，一般应予避免。 2. 通道数量 集成模拟开关通常包括多个通道。通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响，通道数越多，寄生电容和泄漏电流就越大。因为当选通一路时，其它阻断的通道并不是完全断开，而是处于高阻状态，会对导通通道产生泄漏电流，通道越多，漏电流越大，通道之间的干扰也越强。 3. 泄漏电流 一个理想的开关要求导通时电阻为零，断开时电阻趋于无限大，漏电流为零。而实际开关断开时为高阻状态，漏电流不为零，常规的CMOS漏电流约1nA。如果信号源内阻很高，传输信号是电流量，就特别需要考虑模拟开关的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。 4. 导通电阻 导通电阻的平坦度与导通电阻一致性。导通电阻会损失信号，使精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失更大。应用中应根据实际情况选择导通电阻足够低的开关。必须注意，导通电阻的值与电源电压有直接关系，通常电源电压越大，导通电阻就越小，而且导通电阻和泄漏电流是矛盾的。要求导通电阻小，则应扩大沟道，结果会使泄漏电流增大。导通电阻随输入电压的变化会产生波动，导通电阻平坦度是指在限定的输入电压范围内，导通电阻的最大起伏值△RON=△RONMAX—△RONMIN。它表明导通电阻的平坦程度，△RON应该越小越好。
模拟开关的关键技术特性和应用实例分析 近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。 尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。 模拟开关的模拟特性 许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性： 1. 导通电阻(R on )随输入信号(V IN )变化而变化 图1a 是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN 值所对应的P 沟道MOSFET 与N 沟道MOSFET 的导通电阻并联，可得到图1b 并联结构下R on 随输入电压(V IN )的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R on 随V in 呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。此外，R on 也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。 2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围 由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电 势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET 处于反向偏置， 当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常 工作，严重者甚至损坏。因此模拟开关在应用中，一定要 注意输入信号不要超出规定的范围。 3. 注入电荷 应用机械开关我们当然希望R on 越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。然而对于模拟开关而言，低R on 并非适用于所有的应用，较低的R on 需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t=RC ，充电时间取决于负载电阻(R)和电容(C)，一般持续几十纳秒。这说明低R on 具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡R on 和注入电荷。 4. 开关断开时仍会有感应信号漏出 这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。通常信号的频率越高，信号泄漏的程度越严重。 5. 传输电流比较小 图1：a. 模拟开关原理图；b. 模拟开关导通电阻与输入电压关系
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目录 1编写目的 (3) 2芯片介绍及应用 (3) 2.1CD4052的介绍 (3) 2.2应用电路 (5) 3器件的选择 (6) 3.1器件的选择 (6)
1 编写目的 1、着重了解CD40××系列的模拟选择开关功能。 2、了解使用SPCE061A如何来控制。 2 芯片介绍及应用 2.1 CD4052的介绍 CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关，其使用真值表如表1所示 表1 应用时可以通过单片机对A/B的控制来选择输入哪一路，例如：需要从4路输入中选择第二路输入，假设使用的是Y组，那么单片机只需要分别给A和B送1和0即可选中该路，然后进行相应的处理， ※注意第6脚为使能脚，只有为0时，才会有通道被选中输出 芯片管脚图：
图1 TI- CD4052 图2 FSC-CD4052
K J2007G1井下分站 使用说明书 北京瑞赛长城航空测控技术有限公司安测部 二七年十二月
目录 第一章概述 (1) 第二章原理 (2) 第一节分站工作电气原理 (2) 第二节电源箱电气原理 (3) 第三章功能及主要技术参数 (5) 第一节分站部分 (5) 第二节电源箱部分 (5) 第三节功能 (6) 第四节工作环境 (7) 第五节结构参数 (7) 第四章使用方法 (8) 第一节分站接口 (8) 第二节分站号设定 (9) 第三节分站电源输入 (10) 第四节模拟量输入 (10) 第五节开关量输入 (12) 第六节控制量输出 (13) 第七节主板跳线说明 (14) 第八节分站显示说明 (16) 第九节分站通讯板设置方法 (18) 第十节电源箱部分 (18) 第十一节订货须知 (19) 附录1：使用维修注意事项 (19) 附表1 KJ2007G1井下分站配接、关联设备表 (23) 附表2 电流/频率混装型KJ2007G1井下分站拨码表 (24)
KJ2007G1井下分站是一种自带防爆电源的分站，为煤矿爆炸性气体环境用防爆电气设备。该产品采用分箱式一体化结构，上部为本安型分站箱，由本安外壳、一块分站主板、一块显示板、一块通讯板组成；下部为隔爆兼本安型电源箱，由隔爆外壳、一块充电断电板、一块+12V板、三块+21V板、一块接线板、一个线性变压器、2节12V/4AH蓄电池组成。分站、电源合二而一，安装使用非常方便。特别适合配置在煤矿井下回采工作面、掘进工作面、机电硐室、装煤点和运输巷道。用户可以根据井下各台传感器的实测地点，合理配置该型分站，使整个监测、监控系统获得较好的性价比。 KJ2007G1井下分站在设计上采用了先进的单片机技术，结构简单但功能强大。可配接煤矿常用的各种制式普通传感器。分站带有数码显示窗口，可动态实时显示分站所接传感器监测数据及状态，由于分站中有掉电不丢失存储器保存中心站下发的初始化数据，即使与中心站失去联系仍能实现监测及监控功能。该分站当交流电源停电的瞬间，电源箱内蓄电池无间断投入供电，保证分站和该分站所接的传感器继续正常工作。 KJ2007G1井下分站和电源箱及各种传感器、断电器等配套设备组合在一起，在中心站的管理下实现对矿井环境参数及工况参数的监测与控制。该分站与系统连接时，通过中心站的定义，既可以作为一台普通分站，监测井下的模拟量、开关量，瓦斯超限时，发出报警、断电控制信号；也可以作为一台风电瓦斯闭锁分站，安装在矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面等地方，实现《煤矿安全规程》规定的风电瓦斯闭锁功能。该分站（不接系统）单独使用时，可以作为独立的一台风电瓦斯闭锁装置或瓦斯断电仪，当瓦斯超限时，起到断开井下电源或风电瓦斯闭锁作用。 该产品作为KJ4N/KJ2000N煤矿安全生产监测、监控及综合信息管理系统中的一个配套部件，用于煤矿井下，为矿用隔爆兼本质安全型，其防爆标志为Exd[i b]I，配接设备见配置表（附表1井下部分）。当需要配接“配接设备表”以外的其它设备时，需经过安全检测机构的检查和批准。 产品配套设备：SI-024TR1防雷电保护装置（传输距离20Km）与系统配套使用。 产品型号、形式及意义 产品型号：KJ2007G1 型号意义：根据标准MT286-92规定命名，其具体含义如下
XTMA/C/D/F－100智能数字显示调节仪 使用说明书 上海自动化仪表股份有限公司温度数显仪表总厂（自动化仪表三厂，自动化仪表六厂）
前言 感谢您购买本厂的XTMA/C/D/F-100系列产品，为使您从速掌握仪表的正确操作方法，敬请阅读本说明书，如有任何疑问，欢迎来函来电联系。 目录 一.概述----------------------------------------------------------------------------3 二.工作原理----------------------------------------------------------------------3 三.主要技术指标---------------------------------------------------------------- 4 四.面板表示----------------------------------------------------------------------5 1.面板图 ------------------------------------------------------------
----------- 5 2.面板说明 ------------------------------------------------------------ -------- 6 ⑴．显示器 -------------------------------------------------------------- 6 ⑵．L E D指示灯 ------------------------------------------------------- 6 ⑶．按键操作 ----------------------------------------------------------- 6 五.安装使用-----------------------------------------------------------------------7 1．外形安装尺寸----------------------------------------------------------- -7 2．接线端子图----------------------------------------------------------- ----8 3．接线端子说明----------------------------------------------------------- -8 六.操作使用步骤-----------------------------------------------------------------------9 1．使用准备
一、前言： 早期的模拟开关大多工作于±20V 的电源电压，导通电阻为几百欧姆，主要用于模拟信 号与数字控制的接口，近几年，集成模拟开关的性能有了很大的提高，它们可工作在非常低的电源电压，具有较低的导通电阻、微型封装尺寸和极佳的开关特性。被广泛用于测试设备、通讯产品、PBX/PABX 设备以及多媒体系统等。一些具有低导通电阻和低工作电压的模拟开关 成为机械式继电器的理想替代品。 模拟开关的使用方法比较简单，但在具体应用中应根据实际用途做合理的选择。本文主 要介绍模拟开关的基本特性和几种特殊模拟开关的典型应用。 二、正确选择CMOS开关： 1、导通电阻：传统模拟开关的结构如图1 所示，它由N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 并联构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN值所对应的P 沟道MOSFET 与N 沟道MOSFET 的导通电阻并联，可得到图2 并联结构下导通电阻（R ON）随输入电压（V IN）的变化关系，如果不 考虑温度、电源电压的影响，R ON 随V IN 呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真（THD），这是设计人员所不希望的，如何将R ON随V IN的变化量降至最小也是设计新一代模拟开关所面临的一个关键问题。
另外，导通电阻还与开关的供电电压有关，由 图3 可以看出：R ON随着电源电压的减小而增大，当 MAX4601的电源电压为5V 时，最大R ON为8Ω；当电 源电压为12V 时，最大R ON为3Ω；电源电压为24V 时，最大R ON仅为2.5Ω。R ON的存在会使信号电压产 生跌落，跌落量与流过开关的电流成正比，对于适 当的电流这一跌落量在系统容许的误差范围内，而 要降低R ON所耗费的成本却很高，因此，应根据实际 需要加以权衡。R ON 确定后，还需考虑通道间的失配 度与R ON的平坦度。ATMEL代理通道失配度用来描述同一芯片不 同通道间R ON 的差别；R ON 的平坦度用于描述每一通 道的R ON在所规定的信号范围内的变化量。这两个参 数的典型值为2Ω至5Ω，对于低R ON 模拟开关，这 些参数仅为0.5Ω。失配度/R ON、平坦度/R ON 这两个 比值越小，说明模拟开关的精度越高。 注入电荷：低R ON 并非适用于所有的应用，较低的R ON 需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t = RC，充电时间取决于负载电阻（R）和电容（C），一般持续几十ns。这说明低R ON开关具有更长的导通和关断时间。Maxim 提供两种类型的开关，每种开关都有微型SOT23 封装，MAX4501 和MAX4502 的导通电阻较高，但开关速度较快；MAX4514 和MAX4515 具有较低的导通电阻，但开关时间较长。 3、系统电源：为单电源供电系统选择模拟开关时，应尽量选择那些专为单电源供电而设计的产品，这类开关不需要单独的V-和GND引脚，节省了一个引脚，能够把一个单刀双掷（SPDT）开关封装在微小的SOT23-6 中。同样，低电压双电源供电系统需选用双电源供电开关，它们
前言 自动控制原理是自动化、自动控制、电子电气技术等专业教学中的一门重要专业基础课程。它可以处理时变、非线性以及多输入、多输出等复杂的控制系统等问题。本套EL-AT-III型自动控制实验系统克服了以前做自动控制理论实验时，连线复杂，连接不稳定的缺点，通过对单元电路的灵活组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。可以使学生把主要精力集中在系统电路和系统特性的研究上。 本系统采用DA/AD卡通过USB口和计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后的信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量相应信号的麻烦。EL-AT-III型自动控制实验系统支持自动控制理论课的所有实验，通过这套仪器可使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力和水平。 本书分为三章，第一章为EL-AT-III型实验箱硬件资源，主要介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第三章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，原理和实验步骤。另外，在附录部分由部分实验的说明和参考结果。
目录 第一章硬件资源 (2) 第二章软件安装及使用 (5) 第三章实验系统部分 (11) 实验一典型环节及其阶跃响应 (12) 实验二二阶系统阶跃响应 (17) 实验三控制系统的稳定性分析 (21) 实验四系统频率特性测量 (24) 实验五连续系统串联校正 (30) 实验六数字PID控制 (35) 实验七采样实验 (38)
集成模拟开关及其应用 模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 一、模拟开关的电路组成及工作原理 模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。 表一 模拟开关的工作原理如下： 当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。
当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。 从上面的分析可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路 根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。 表二常用的模拟开关 三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例 CMOS 四路双向开关CD4066B 一般说明: CD4066B是一个为模拟/数字信号的转换或多路复用设计的四路双向开关. 它和CD4016B 的引脚相兼容,但是拥有一个更低的导通电阻. 此外, 在整个输入信号范围内, 导通电阻是一个常量. CD4066B包含四路独立控制的双向开关.一个开关中的P型MOSFET和n型MOSFET控制信号的导通和关断.. 如图1所示, 开关打开时,n型沟道电位取决于输入电压,开关关闭时,取决于
模拟开关与多路转换器 问：ADI公司不给出ADG系列模拟开关和多路转换器的带宽，这是为什么? 答：ADG系列模拟开关和多路转换器的输入带宽虽然高达数百兆赫，但是其带宽指标本身不是很有意义的。因为在高频情况下，关断隔离(off isolation)和关扰指标都明显变坏。例如，在1MHz情况下，开关的关断隔离典型值为70dB，串扰典型值为-85dB。由于这两项指标都按20dB/+倍频下降，所以在10MHz时，关断隔离降为50dB，串扰增加为-65dB；在100MHz时，关断隔离降为30dB，而串扰增加为-45dB。所以，仅仅考虑带宽是不够的，必须考虑在所要求的高频工作条件下这两项指标下降是否能满足应用的要求。(关断隔离是指当开关断开时，对耦合无用信号的一种度量——译者注。) 问：哪种模拟开关和多路转换器在电源电压低于产品说明中的规定值情况下仍能正 常工作? 答：ADG系列全部模开关和多路转换器在电源电压降到+5V或±5V情况下都能正常工作。受电源电压影响的技术指标有响应时间、导通电阻、电源电流和漏电流。降低电源电压会降低电源电流和漏电流。例如，在125°C，±15V时，ADG411关断状态源极漏电流IS(OFF)和漏极漏电流ID(OFF)都为±20nA，导通状态漏极漏电流ID(ON)为±40nA；在同样温度下，当电源电压降为±5V，IS(OFF)和ID(OFF)降为±25nA，ID(ON)降为±5nA。在+125°C，±15V 时，电源电流I DD ，I SS 和IL最大为5μA；在±5V时，电源电流，最大值降为1μA。导通电阻和响应时间随电源电压降低而增加。图1和图2分别示出了ADG408的导通电阻和响应时间随电源电压变化的关系曲线。 此主题相关图片如下： 图1 导通电阻与电源 电压的关系曲线 问：有些ADG系列模拟开关是用DI工艺制造的，DI是怎么回事? 答：DI是英文Dielectric Isolation介质隔离的缩写，按照DI工艺要求，每 个CMOS开关的NMOS管和PMOS管之间都有一层绝缘层(沟道)。这样可以消除普通的模拟开关之间的寄生PN结，所以可以制造出完全防闩锁的开关。在采用PN结隔离(不是沟道)工艺中， 此主题相关图片如下：
低压I/O 触摸屏控制器MXT2046 特点： ●与ADS7846管脚兼容 ● 2.2V~5.25V工作电压 ● 1.5V~5.25V数字I/O接口 ● 2.5V内部参考源 ●电池检测（0V~6V） ●片内温度测量 ●触摸压力测量 ●QSPI TM和SPI TM3线接口 ●低功耗模式 ●TTSOP-16 QFN-16 封装 应用背景： ●产品型号规格：12位A/D转换器－采样频率125kHz ●个人数字助理 ●便携式设备 ●消费终端 ●寻呼机 ●电阻式触摸屏 ●手机 概述 MXT2046 是4线触摸屏控制器，如图1所示。它支持从1.5V到5.25V的低压I/O接口。MXT2046与ADS7846和TSC2046的管脚完全兼容。它芯片内部有2.5V参考源、电池检测、温度测量等功能。内部参考源在不使用时，可处于低功耗状态，可以在低到2.7V电压下正常工作，同时可以检测0~6V的电池电压。MXT2046在2.7V工作电压下的（参考源停止工作），功耗小于0.75mW，采样频率为125KHz，可以广泛地应用在PDA、寻呼机、移动电话等便携式设备上。该芯片适应温度范围为-400C~+850C。 图1 MXT2046 结构图
电学特性 （除非特殊说明，测试条件为T A=-400C~ +850C，VCC=2.7V，V REF=2.5V 内部基准源，f SAMPLE=125KHz, f CLK=16* f SAMPLE=2MHz，12位模式，IOVDD=2.7V）
管脚说明
16-pin TSSOP 16-pin QFN 图2 MXT2046引出端排列图
多路模拟开关及应用 一、实验目的 通过实验进一步了解集成多路模拟开关的组成及工作原理，掌握该芯片的功能测试方法，了解其部分电路。 二、实验仪器 智能数字电路实验台；cd4051芯片；示波器； 三、实验原理及实验电路 CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V 的模拟信号。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 CD4051真值表
实验步骤： 1.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(13.14.15.1 2.1.5.2.4)引脚接LED发 光二极管，Sm（3）引脚、二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，16接+5v，8接地，7接-5v。打开电源，波动A\B\C的高低电平，观察LED发光二极管是否按真值表显示。 2.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(1 3.1 4.1 5.12.1.5.2.4)引脚接LED发 光二极管，Sm（3）引脚接连续脉冲，二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，打开电源，波动A\B\C的高低电平，观察LED 发光二极管是否按真值表显示。在发光的二极管上接示波器看是否有图形显示 3.将CD4051芯片放入数电实验箱16P引脚槽中，S0-S7(13.1 4.1 5.12.1.5.2.4)引脚接高低电 平开关，Sm（3）引脚接LED发光二极管，二进控制输入端A（11）、B（10）、C（9）和INH输入（6）引脚分别接入高低电平开关，打开电源，波动A\B\C的高低电平，将Sm （3）接LED发光二极管对应真值表看是否对应LED发光二极管发光并接示波器观察波形。 4.设计 单按钮音量控制器电路。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VGS就可实现对音量大小的控制。VT1的G极接有3个模拟开关S1～S3和一个100μF的电容,其中100μF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100μF电容上的电压可
DURAG D-R216 烟尘浊度仪 使 用 及 维 护 手 册 德国 DURAG 工业电子有限公司制造 二00六年一月十日
目录 应用范围 1 基本特点 1 工作原理 2 光学系统图1 2 方块原理图图2 3 测量范围 4 测量值的自动记录 4 测点位置选择 4 装配 5 安装接管与调整法兰图3 6 固定孔尺寸图3 6 装配图4 7 净化空气风机图5 8 安装 10 接线图图6 11 反射器选择 12 光学调整图7-9 14 电气调整 15 --零点调整 15 --仪器量程检查 15 --调整极限值 15 --关断设定图10 15 --自动关断装置 16 --报警开关 16 --调整零点反射器图11 16 按TA-Luft确定极限值 17 测量量程刻度图12 18 不透明度--衰减系数曲线图13 19 极限值表图14 20 维修 21 --清洗玻璃园盖板 21 --检查和清洗空气过滤器 21 --灯泡更换 21 --零点检查 21 附件 22 技术参数 23 试运行详情记录 24
应用范围 典型应用是监视工业厂房、临时工房、医院、学校等的锅炉设备、垃圾和废物焚烧装置、除尘及过滤设备、以及化学工业中的工艺过程控制。 DURAG D-R216烟尘浊度仪适合于监测气体和烟尘的排放(按1974.4.8发布的“空气污染法规” TA-Luft2、8、4、2和3、2、1、1节规定，此仪器已为1978.9.18联邦内务部(BMI)通报U118-556 134/4证明。 基本特点 ·本仪器利用自对准原理配置的双光束交替顺序进行工作。光束通过测量行程两次，然后测量和计算出测量行程中含尘量引起的光衰减量。 ·用一电磁转屏实现测量与基准光速之间的变换。基准检查每隔64秒进行一次，持续时间2秒，以使电气元器件的任何变化在检查值设定中得到补偿。 ·光电器件交替接收测量光束和基准光束的光线。但因对两光束仅装一个放大器，从而使灯泡性能、光电器件特性、温度影响以及放大器长时间飘移的任何变化得到补偿。 ·发射器发出的光以25Hz调制，因而本仪器不受白天光照等的影响。 ·数字运行： D-R216 的主要元件为一微处理器。 ·标准型为64秒积分 用一开关可将8秒积分扩展到64秒积分，从而使指示值达到较宽的积分。 ·具有按标准特性进行预报警的自动关断装置，它的极限设定值可在整个测量范围内进行调整。 ·在反射器端面所形成的均匀光点，其面积比反射器表面积大得多。因此，使调整和校准得到简化，同时避免了测量误差。 ·净化空气室通过从净化空气风机设备送入空气，可使玻璃园盖片保持清洁。 ·利用适当的滤光镜和光电器件，本仪器具有与人眼大致相同的灵敏度。 ·加热玻璃园盖片防止冷凝。
FX系列PLC 仿真软件与学习软件 应用手册 2006年5月
目录 前言 (2) §1 概述 (3) §2 PLC计算机仿真软件 (5) §2.1 仿真软件界面和使用方法介绍 (5) §2.2 PLC编程要点和基本原则 (9) 表2-1 步进控制中一个工步所包含内容 (12) 常用特殊辅助继电器功能简介 (12) 表2-2 PLC编程常用指令 (13) §2.3仿真练习 (13) §3 PLC计算机编程软件 (18) §3.1 编程界面 (18) §3.2 编程方法 (21) §3.3 读入、写出程序与监控 (25) §3 思考题 (26)
前言 本手册是课本《可编程序控制器及其应用》的补充，分为三章。 第一章概述简单介绍PLC的含义、组成、优势和用途 第二章PLC计算机仿真软件介绍FX系列PLC“FX-TRN-BEG-C”计算机仿真软件的使用方法。本章附有适合于仿真软件的编程仿真练习题，请读者认真完成。 第三章PLC计算机编程软件介绍FX系列PLC“FXGP_WIN-C”计算机编程软件的使用方法。 为检查编程结果，以及调用文件方便，本教材对编程文件存盘路径和存盘文件名做如下约定： 1. 存盘工作路径：D:\PLC\<班级> 2. 存盘文件名：<练习题目> 为准确描述梯形图中各个触点以及线圈所在的位置，本教材做如下约定： 1. 沿左母线自上而下，对梯形图的每行依次标记为A、B、C、…区，对于不同位置的触点，冠以区号确定其具体位置，例如A～X0和B～X0分别表示A区的X0触点和B区的X0触点。 2. 线圈具有唯一性，不需用区号确定其位置，因此线圈前不加区号，例如X0就表示X0的线圈。 在课堂教学过程中，有关继电器触点、线圈位置的描述，与上述方法相同。 本手册与课本联系密切，采用了课本一些练习题的梯形图和语句表，上机练习请同时携带课本、作业本。 本手册由衡水铁路电气化学校赵进学撰写，错误之处，欢迎指正。 2004年8月初稿 2005年8月第一次修订 2006年5月第二次修订