在如今的電子設(shè)備中，信息和數(shù)據(jù)的處理完全在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行。然而，在涉及到與現(xiàn)實(shí)世界的連接時(shí)，模擬信號(hào)仍然發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在當(dāng)今的“智能”世界中，我們要用到眾多傳感器來(lái)測(cè)量各種數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此許多設(shè)備需要從一大堆不同的輸入中進(jìn)行選擇。但是，要弄清楚應(yīng)該選擇哪種模擬開關(guān)，以及哪些是重要參數(shù)，日益成為設(shè)計(jì)人員面臨的一大挑戰(zhàn)。

為滿足我們的信息需求，我們需要快速而準(zhǔn)確地獲得數(shù)據(jù)。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，尤其是傳感器的微型化發(fā)展，讓我們能夠更方便獲得簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)高效的傳感技術(shù)。事實(shí)上，作為許多控制單元中一個(gè)有用的增強(qiáng)功能，環(huán)境屬性（如溫度、濕度、亮度等）檢測(cè)功能日益成為許多消費(fèi)類應(yīng)用中的一項(xiàng)常見功能。在復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，這導(dǎo)致需要處理的模擬信號(hào)數(shù)量激增。

無(wú)論是在什么情況下檢測(cè)或測(cè)量物理特性，得到的主要電子信號(hào)在規(guī)定的范圍內(nèi)均具有連續(xù)的電壓電平。然后，需要將這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可由系統(tǒng)處理的數(shù)字信號(hào)。在大多數(shù)應(yīng)用中，模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換采用中等頻率下的信號(hào)來(lái)完成。模擬開關(guān)可用于擴(kuò)展通道數(shù)量并在通道之間進(jìn)行切換，使轉(zhuǎn)換器能夠在給定時(shí)間片段內(nèi)處理其中的一個(gè)通道。因此，對(duì)于高性能系統(tǒng)，需要考慮模數(shù)轉(zhuǎn)換器和模擬開關(guān)的各種參數(shù)。

基本原理

在大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，分辨率和精度都是非常重要的參數(shù)。分辨率由位數(shù)決定，所以10位會(huì)產(chǎn)生2^10（即1024）個(gè)不同的數(shù)字電平。精度是指由誤差源造成的采樣電平偏差，其中誤差源包括信號(hào)路徑中的壓降、導(dǎo)致信號(hào)電壓電平發(fā)生變化的旁道干擾效應(yīng)。因此，要實(shí)現(xiàn)精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換，良好的信號(hào)完整性至關(guān)重要。

模數(shù)轉(zhuǎn)換原理

當(dāng)然，這項(xiàng)要求并不是僅適用于轉(zhuǎn)換器，也包括轉(zhuǎn)換器前面的任何開關(guān)。如果開關(guān)的電阻足夠小，便能夠滿足信號(hào)完整性要求，從而實(shí)現(xiàn)較高精度。然而，開關(guān)還必須具有低電容，以便使開關(guān)瞬態(tài)保持在可控范圍內(nèi)。不幸的是，實(shí)現(xiàn)低電阻特性往往會(huì)增加電容。所以，做好平衡是關(guān)鍵。

開關(guān)要求

開關(guān)的容許通道電阻可以根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度要求和內(nèi)部電阻來(lái)得出。下圖顯示了典型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和8:1多路復(fù)用器。在計(jì)算模擬開關(guān)的容許導(dǎo)通電阻(Ron)時(shí)，我們可以考慮以下應(yīng)用情景：模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最低內(nèi)部電阻為20 kΩ。如果每個(gè)通道的給定最大輸入電壓為3.3 V，則開關(guān)通道中的壓降為：

VSW = (Vin / (Rsw + RAD)) * RSW = (3.3 V / (120 ? + 20000 ?)) * 120 ? = 19.68 mV

該壓降意味著轉(zhuǎn)換存在一個(gè)恒定的偏移。它可以與常見的10位分辨率聯(lián)系起來(lái)：3.3 V / 2^10 = 3.22 mV，這與19.68 mV的最低有效位(LSB) 6大致對(duì)應(yīng)。壓降常數(shù)因子可通過(guò)系統(tǒng)中的軟件加以校正，或者根據(jù)精度要求，處于可接受范圍內(nèi)。因此，開關(guān)內(nèi)部電阻要求是常量，而不是極低值。

模擬復(fù)用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

通道注流保護(hù)

信號(hào)干擾的另一個(gè)重要方面和來(lái)源是通道切換行為。如果電容過(guò)高，通道電容可能會(huì)感應(yīng)生成瞬態(tài)電壓。要在設(shè)計(jì)中保持較低電容往往會(huì)造成通道電阻增加。

在“正常”條件或行為下，當(dāng)8:1多路復(fù)用器的8個(gè)通道只有1個(gè)被選中時(shí)，所有其他通道均會(huì)持續(xù)保持低功率并具有一定的電壓電平。不過(guò)，這些通道已關(guān)斷，不會(huì)有電流（除了低泄漏電流）流入開關(guān)。

在某些情況下，未選中通道的輸入電壓可能會(huì)升高，甚至超過(guò)開關(guān)的VCC電平，但這種情況可能只會(huì)出現(xiàn)很短的時(shí)間。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，這種超高的輸入電壓也會(huì)影響輸出電壓，因?yàn)樗鼤?huì)通過(guò)VCC拉高輸出電平。這進(jìn)而會(huì)篡改所選通道的電壓，從而影響模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。緩解這一影響的機(jī)制就是注流控制功能，Nexperia的4851系列8通道模擬復(fù)用器/解復(fù)用器中就集成了這一功能。這可以確保高低值之間存在明顯區(qū)別。

審核編輯：郭婷