为便携式产品选择合适的模拟开关

CMOS模拟开关的选择与典型应用CMOS模拟开关的选择与典型应用一、模拟开关简介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VIN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（RON）随输入电压（VIN）的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，RON 随VIN 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RON随VIN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三、几种特殊的模拟开关：1、高频T型开关T 型开关适用于视频及其它频率高于10MHz的应用，如图4 所示，它由两个模拟开关（S1、S3）串联组成，另一开关S2 接在地和S1、S3的交点之间，这种结构的开关其关断隔离高于单个开关，由于寄生电容与每个串联开关并联，断开状态的T 型开关其容性串扰随频率的提高而增大。

因此，影响开关高频特性的关键在于开关的断开状态而不是接通状态。

当T 型开关导通时，S1 和S3 闭合，S2 断开；当开关断开时，S1、S2 断开，S3 闭合，此时，那些要通过串联MOSFET 的寄生电容耦合到输出端的输入信号被S3 旁路，断开状态下的10MHz 视频T 型开关（MAX4545）的关断隔离达-80dB，而标准模拟开关（MAX312）的关断隔离度只有-36dB。

称重传感器制作的便携式电子手提秤这里介绍的便携式电子手提秤具有称重精度高、简单实用、携带方便、成本低等特点，很适合家庭购物使用。

工作原理本装置由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示电路四部分组成，电路如图所示。

图中E为9V叠层电池，R1~R4为称重传感器的4片电阻应变片，R5、R6与RPI组成零件调整电路，当载荷为零时，调节RPI使液晶显示屏显示零。

IC1、IC2为双运放集成电路LM358中的两个单元电路。

A1、A2组成了一个对称的同相放大器，A／D转换器采用了7106双积分型A／D转换器。

液晶显示屏采用3-1/2液晶显示片。

根据手提秤的特点，传感器应该选用S型称重传感器，但是S型称重传感器成品的价格较高，为了降低成本，可用半成品CHBL3型双孔悬臂梁称重传感器进行改制。

CHBL3型传感器以双孔悬臂梁作为弹性体，弹性体上贴四片箔式电阻应变片R1~R4。

小量程称重传感器常采用双孔悬臂梁传感器，它的结构和接线如图所示。

如果载荷P安放在秤盘上，载荷P简化为作用在弹性元件端部的一个力偶M，如图所示。

这种传感器的特点是载荷P准S型传感器安放在任何位置都不影响输出值。

根据这一特点，我们只要稍作修改就可以制成一个准S型传感器，修改后的结构如图所示。

从图中可以看出，重力P的中心在中线上，这样S型传感器安放在手提秤的外壳中，重力P的中心也在外壳的铅垂中心线上。

改装后的准S型传感器的电桥输出电压为V0。

放大电路与7106的连接图如图所示，A1和A2组成对称型同相放大电路，输入电阻很高。

由于结构对称，在输出端它们的温度漂移被相互抵消。

A／D转换器7106是一个双积分型的A／D转换器。

该转换器精度高，它带有输出译码器，可直接驱动液晶显示器。

7106与液晶显示器被设计成一个量程为200mV的电压表。

便携式电子手提秤的量程为skg，称重传感器在5kg时的输出约为4.6mV。

图为A／D转换与液晶显示驱动的原理图。

目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。

模拟开关可用于众多的应用系统中，包括手机、 PDA之类的便携式手持设备以及计算机、显示器之类的消费电子设备。

无论应用中涉及的是音频、视频、USB 还是控制信号，系统设计人员经常都会碰到这样的情况：开关在未加电前其输入就已经出现非零信号。

在输入信号过压的情况下，采用标准设计技术的模拟开关很容易在输入端上形成意外的假信号 (缺乏断电信号隔离措施) 和造成漏电流超标。

由于开关在未加电时缺乏信号隔离措施，这种假信号会漏过开关，从而扰乱系统的数据采集或处理。

而电流泄漏则是个更严重的问题，会导致设备失效和产品返修。

为此，飞兆半导体为其最新的模拟开关产品开发了专门的断电保护 (Power-Off Protection) 电路，使模拟开关不但能够承受过压，而且能确保在断电时保证信号隔离。

本文会阐述出现这类过压的一些常见应用情形，并详细讨论标准的模拟开关如何响应这个事件。

最后，本文还将从数据信号通道和可靠性的角度，探讨这种断电保护功能如何克服这些设计挑战和实现系统保护。

断电保护功能的一个示例在数种常见的情形下，都要求模拟开关在未加电时提供信号隔离功能。

其中之一是系统的上电时序，除此之外，其它的应用情形如进行热插拔和瞬时信号阻断操作，以及系统出现故障时，也都需要断电保护。

在系统上电时，一些系统功能必须比另一些先上电，这通常是因为要满足不同的电压要求，故需多条内部电源走线来实现。

一般来说，要取得最好的开关性能，模拟开关应该用电平最高的电源走线。

这就意味着使用较低VCC的部件 (如系统处理器) 会比旁边那些使用较高电压的模拟芯片先完成上电。

举例说，如果用模拟开关作控制数据选择路由，且通用输入/输出 (GPIO) 控制器比模拟开关先完成上电，那么该控制器就会在开关完成上电前向其输入送出一个信号。

而模拟开关必须完成上电，才能确保按照控制输入进入正确的功能状态。

对于标准的模拟开关来说，在加电未完成前，它不一定能正确处理输入端出现的正电平数据信号。

当进行便携设备的设计时，工程师在选择模拟开关时必须特别关注RON、串扰、THD、带宽、电荷注入、插损等参数。

本文阐述了模拟开关的工作原理以及选择这种器件时对各种关键参数的折衷考虑。

位总线开关。

图1：FSTU3125型4最近几年，开关正进入到PC、服务器、笔记本电脑及扩展基座(docking station)应用等市场中，这随后导致众多芯片厂商蜂拥推出各种“总线开关”。

这些总线开关之所以具有吸引力，是因为通过在应用中与(缓存或存储器中的)多路复用/解复用数据隔离或进行电压转换，在插入(连接)或断开期间就很方便地将总线电容与插卡或设备隔开。

大多数总线开关产品都是能处理奇偶或非奇偶应用数据通信总线宽度的8、10、16、18、24或32位器件。

这些产品还被用于字节交换、纵横(交叉)路由及存储器交错等。

总线开关一般被设计成单NMOS器件，且由于其双向本质、低(或“零”)传播延时(典型为250ps)、低电容及低电流源要求而常常被用作缓冲器或收发器的替代器件。

但单NMOS通道的缺点是，随着源极电压接近Vcc，栅极下面的漏-源区会逐渐被夹紧，从而限制电流供应能力并使输出电压箝位。

但请记住，电流源是以驱动缓冲器为特征，而开关并非天然就具有电流供应能力，它只想起简单的“连线”作用。

其主要缺点是下降沿上的下冲，这会引起存储器模块的假同步，但此问题由于“下冲加固电路(UHC)”及类似技术的引入而被固定。

笔记本电脑/PC继续将开关用于多路复用应用，包括在视频上重叠图形(画中画)、MPEG数据流的切换(在串-并转换后)以及随后在视频加速卡上不同监视器(TV、LCD、PC监视器)源之间的RGB数据复用等。

最近几年，消费者对带有多个源的高技术特性的渴求已经在推动技术需求的发展，因此开关功能是视频、图形及音频传输或处理过程中的一个完整组成部分。

鉴于此，除简单的R ON 及R FLAT 特征外，目前对“开关”在串扰、总谐波失真(THD)、衰减及带宽方面的指标要求也有了很大的提高。

TS5A3166DBVR_中⽂资料TS5A3166描述该TS5A3166是⼀个单⼑单掷（SPST）模拟开关，被设计为从1.65V⾄5.5V单电源供电该器件提供低导通电阻（0.9Ω），该器件具有良好的总谐波失真（THD）性能和极低的功率消耗，很适合于便携式⾳频应⽤。

应⽤⼿机，PDAs,便携式仪器，⾳频和视频信号路由，低电压数据采集系统，通信电路，调制解调器，硬盘驱动器，计算机外围设备，⽆线终端和外围设备，麦克风开关—笔记本电脑对接产品特点隔离的电源关闭模式下，V+=0；低导通电阻（0.9Ω）Control Inputs Are 5.5-V Tolerant低功耗低总谐波失真（THD）1.65V⾄5.5V单电源供电引脚定义：V+接电源，GND接地，IN输⼊控制信号，控制COM与NO之间开关的闭合与断开重要参数范围：部分参数说明：V+：供电电压Vno/Vcom：NO/COM⼝电压Ik：模拟端⼝⼆极管电流Ino：开关导通状态电流Icom：开关导通状态峰值电流Vi：数字输⼊电压Iik：数字输⼊钳位电流I+：通过V+电流Tstg：储存温度范围r(on)：NO与COM⼝接通时的电阻Icom（off）：NO与COM⼝断开时，COM⼝的泄漏电流tON/tOFF：开关开启/关闭时间以上电压未经说明，均是对地长时间暴露在绝对最⼤条件可能降低设备的可靠性典型特性：图5为电荷注⼊与偏执电压之间的关系图8为逻辑门限值与V+之间的关系。

V(IH)：控制输⼊端为⾼电平时，最⼩输⼊电压V(IL)：控制输⼊端为低电平时，最⼤输⼊电压图10为截⽌状态隔离度与频率之间的关系。

图11为总谐波失真与频率之间的关系。

图12为供电电压与温度之间的关系。

参数测量电路：导通状态电阻的测量断开状态下泄露电流的测量导通状态下泄漏电流的测量电容的测量Ci:控制端⼝电容Ccom(off):COM与NO⼝断开时，COM⼝的电容开关开启和关闭时间的测量。

模拟开关用途模拟开关是一种电子开关，与数字开关相对应。

它是根据输入信号的连续变化来控制输出电流或电压的开关。

模拟开关的主要用途包括以下几个方面：1. 信号电平选择：模拟开关可以将输入信号切换到不同的输出电平。

以音频放大器为例，模拟开关可以根据输入信号的强度选择合适的放大倍数，从而保证输出信号的质量和稳定性。

2. 信号调制和解调：模拟开关可以用于信号的调制和解调。

调制是将低频信号（如音频信号）调制到高频信号（如无线电信号）的过程，解调则是将高频信号还原成原始信号的过程。

模拟开关可以用于实现调制解调器、调频电路等电子设备。

3. 信号选择和切换：模拟开关可以用于选择和切换不同信号源之间的连接。

在多媒体音响系统中，模拟开关可以用于切换音频输入源，例如从CD播放器切换到收音机或外部音频设备。

4. 信号放大和衰减：模拟开关可以通过调整输入信号的放大倍数来实现信号的放大或衰减。

在音频设备中，模拟开关可以用于调节音量大小。

在通信系统中，模拟开关可以用于调节信号的幅度，使之适应不同的传输距离和噪声环境。

5. 高精度传感器接口：模拟开关可以用于传感器与数据采集系统之间的连接。

传感器通常输出模拟信号，模拟开关可以用于传感器信号的选择和处理，以提供稳定、准确的测量结果。

6. 功率控制：模拟开关可以用于功率调节和保护电路。

在电力系统中，模拟开关可以根据输入信号的大小来控制功率因子和电流大小，从而保证电网的稳定运行。

7. 电源管理：模拟开关可以用于电源管理系统，例如电池充电、电池保护、功率转换等。

模拟开关可以根据输入信号的大小和变化来控制电源的供应和管理，从而实现高效能耗的电池管理系统。

总之，模拟开关在各个领域中都有广泛的应用。

它可以根据输入信号的连续变化来控制输出信号的开闭状态，从而实现信号的选择、放大、衰减、调制、解调等功能。

模拟开关的应用范围十分广泛，不仅可以用于音频设备、通信系统、电源管理系统等常见领域，还可以用于医疗设备、工业自动化、航空航天等高端领域。

GENERAL DESCRIPTION FEATURESS GM3005是一款双通道，低导通电阻，低压，双向，单刀双掷（SPDT）CMOS模拟开关，设计用于采用+ 1.8V至+ 5.5V单电源供电。

目标应用包括受益于低RON （0.5Ω）和快速开关速度（tON = 16 ns，tOFF = 15 ns）的电池供电设备。

在整个模拟信号范围内，导通电阻曲线非常平坦。

这样可在切换音频信号时确保出色的线性度和低失真。

SGM3005是专用的双单刀双掷（SPDT），包括两个常开（NO）和两个常闭（NC）开关。

此配置可以用作双2对1多路复用器。

SGM3005提供MSOP-10和DFN-10封装。

.−低压操作：1。

8V至5.5V−低导通电阻：0。

5Ω（T Y P）−低导通电阻平坦度−–3d B带宽：30M H z−快速切换时间t O N16n st O F F15n s−轨到轨操作−典型功耗（<0.01µW）−兼容T T L/C M O S−超小型包装PIN CONFIGURATIONS（TOP VIEW）APPLICATIONS●电池供电的手持式和便携式设备●蜂窝电话/手机●笔记本电脑，笔记本电脑，掌上电脑●通讯系统●采样保持电路●音频信号路由●音视频切换●便携式测试与测量●医疗设备ORDERING INFORMATIONABSOLUTE MAXIMUM RATINGSV + to GND....................................................................- 0.3V to +6VA nalog, Digital voltage range (1)..................... - 0.3V to V + + 0.3V Continuous Current NO, NC, or COM..........................±300mA Peak Current NO, NC, or COM......................................±500mA Operating Temperature Range...........................- 40°C to +125°CJ unction Temperature...........................................................+150°CS torage Temperature.............................................- 65°C to +150°CPackage Thermal Resistance @ T A = 25℃D FN-10, θJA ........................................................................................33℃/W MSOP-10, θJA ...................................................................................205℃/WLead Temperature (soldering, 10s).......................................260°C ESD SusceptibilityH BM..........................................................................................2000V MM. (400V)Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stressratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operationals ections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affectd evice reliability. (1) Signals on NC, NO, or COM or IN exceeding V+ will be clamped by internal diodes. Limit forward diode current to maximumc urrent ratings. PIN DESCRIPTIONNAMEPINFUNCTIONV + 1 Power supply GND 6 groundIN1, IN2 4,8 Digital control pin to connect the COM terminal to the NO or NC terminals COM1, COM2 3,9 Common terminal NO1, NO2 2,10 Normally-open terminal NC1, NC25,7Normally-closed terminalNote: NO, NC and COM terminalmay be an input or output.ELECTRICAL CHARACTERISTICS(V+ = +3 V ± 10%, GND = 0 V, T A = - 40°C to +125°C, unless otherwise noted. Typical values are at T A = + 25°C.)TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICSOn Response vs.FrequencyCrosstalk vs.Frequency 3-50V+ = +5VV+ = +5VT A = +25℃T A = +25℃-60-70-3-80-90-6-100-9 -1100.1 1 10 100Frequency(MHz) 0.01 0.1 1 10Frequency(MHz)Off Isolation vs.Frequency -20-30 -40 V+ = +5V T A = +25℃-50-60-70-80-90-1000.01 0.1 1 10Frequency(MHz)5TEST CIRCUITS10mAV1NO or NC COMV NO or V NCR ON = V1/10mATest Circuit 1. On ResistanceI NC(OFF) or I NO(OFF)A NO or NC COMI COM(ON)NO or NC COM AV NO or V NC V NO or V NCV COM V COM Test Circuit 2: Off Leakage Test Circuit 3: On Leakage0.1µFV+V+NO or NC COM VOUT V IN 50%50%V or V RIN300ΩC L35pF V OUT90% 90%GND tON t OFFTest Circuit 4: Switching TimesV+0.1µFV+R G ΔV OUTNO or NC COM V OUTV OUTV+ V GGND INC L1nFV IN ON ONOFF0V V INTest Circuit 5: Charge Injection6TEST CIRCUITS(Cont.)0.1µFV+V NO or V NCV+NCNO COMV OUTV IN 50%INR L300ΩC L35pFV NO or V NCGNDV OUT90%t DTest Circuit 6. Break-Before-Make Time Delay, t D0.1µFV+V+NO or NC COM VOUT SourceSignalIN R L50ΩC L5pFGNDTest Circuit 7. Off Isolation0.1µFV+V+NO or NC COMSourceSignalIN1 R L50ΩC L5pFIN2N.C.NO or NC COMV OUTGND R L50ΩC L5pFChannel To Channel Crosstalk = -20×log VNO or V NCV OUTTest Circuit 8. Channel-to-Channel Crosstalk7TEST CIRCUITS(Cont.)0.1µFV+V+NO or NC COM VOUTSource SignalIN R L50ΩC L5pFGNDTest Circuit 9. Bandwidth8PACKAGE OUTLINE DIMENSIONS MSOP-10b Ce θA2ADimensions DimensionsSymbol In Millimeters In InchesMin Max Min MaxA 0.800 1.200 0.031 0.047A1 0.000 0.200 0.000 0.008A2 0.760 0.970 0.030 0.038b 0.30 TYP 0.012 TYPc 0.152 TYP 0.006 TYPD 2.900 3.100 0.114 0.122e 0.50 TYP 0.020 TYPE 2.900 3.100 0.114 0.122E1 4.700 5.100 0.185 0.201L 0.410 0.650 0.016 0.026θ0°6°0°6°D9PACKAGE OUTLINE DIMENSIONS DFN-10NXDINDEX AREA(D/2 × E/2)40.15 CTOPVIEW0.10 C0.08 C7 SIDEVIEWD2SEE DETAIL BD/2D2/2-B-SEATINGPLANE -C-Dimensions In MillimetersSymbol Min NOM MaxA 0.70 0.75 0.80A1 0.00 0.02 0.05A3 0.20 REFb 0.18 0.25 0.30D 3.00 BSCD2 2.23 2.38 2.48E 3.00 BSCE2 1.49 1.64 1.74e 0.50 BSCK 0.20K2 0.17L 0.30 0.40 0.50L1 0.15L2 0.13N 10ND 51 2SEE DETAIL CINDEX AREA(D/2 × E/2)47N N-1e(ND-1)× e6BOTTOM VIEWeODD TERMINAL SIDEDETAIL BNX KNX b50.10 M C A B0.05 M CTERMINAL TIP5NOTES:1.尺寸和公差符合ASMEY14.5M-1994。