数据采集与处理技术第3章

数据采集与处理技术第3章模拟多路开关主要内容多路开关的工作原理常见的多路开关集成芯片多路开关的电路特性多路开关的选择多路开关的应用什么地方需要用到多路开关？传感器传感器传感器传感器传感器采样/保持器显示器打印机绘图机被测物理量数字信号开关信号多路开关程控放大A/D转换器定时与控制逻辑计算机接口有些时候需要程控增益模拟多路开关多路开关常用在多路信号公用一路AD转换器的数据采集系统中，用来将多路信号分别送入AD转换器进行转换。常见两种形式机电式电子式四选一多路开关S0S1S2S3A1A2Y机电式多路开关电磁继电器、舌簧继电器等形式动合型（常开）、动断型（常闭）和转换型特点有触点接通电阻低，通常在毫欧级主要用于大电流、高电压、低速切换的场所电子式多路开关电子式多路开关特点无触点导通电阻较大，常见几十到几百欧姆常用在小电流、低电压、高速切换场所通常以集成电路芯片形式出现常见三种类型双极型晶体管开关场效应管开关集成电路开关电子多路开关的结构形式BECNPNBECPNP双极型晶体管GSDGSDGSDGSDN沟道耗尽型P沟道耗尽型N沟道增强型P沟道增强型绝缘栅型场效应管双极型晶体管开关的工作原理充分利用了晶体管的饱和导通和截止的状态来完成信号的接通和关断开关速度快漏电流大、开路电阻小、导通电阻大电流控制器件，基极电流会流入信号源单向传输信号+15V+15VT1T1T8T8...通道选择1通道选择8Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模拟信号1模拟信号8双极型晶体管开关电路VDD结型场效应管开关工作原理优点开关速度快导通电阻小可双向传递信号缺点分立元件需专门的电平转换电路驱动...T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道选择1通道选择8UoR1828R11R21R结型场效应管多路开关VDDVDD绝缘栅型场效应管开关工作原理开关速度快导通电阻小，随信号电压变化时波动小易于和驱动电路集成+4V+4V-20V-20VT1T1T8T8R11R21R18R28UoUi1UC1Ui8UC8...绝缘栅场效应管多路开关集成多路开关将场效应管开关、地址计数器和译码器及控制电路等集成译码器保证多路信号的选通逻辑不冲突计数器有利于通道信号的自动循环选择1231516......四-十六线译码器四位计数器T1T2T3T15T16U0Ui3Ui2Ui1Ui15i16U计数23222120............集成多路开关多路开关的主要技术指标

多路开关的主要技术指标

多路开关的主要技术指标

多路开关的主要技术指标

多路开关的电路特性多路开关的一个开关的等效电路模型~USRSCICIORONROFFCOCLRL

多路开关的电路特性

I导通开关测量点UOERLRONRSIIISSSS断开开关漏电流电路漏电流带来的影响

减小漏电流影响的办法采用分级结合电路的方法可以减小漏电流带来的影响增加三个开关，可以差不多将漏电流减小到原来的1/3。思考B，C支路的漏电流的状况？.........ABC输出12n12n12n①②③多路开关的分级组合多路开关的动态响应

USRSRONCICTRL~多路开关的动态响应等效电路

误差：以百分数表示的误差数值中百分号前的数字。多路开关的动态特性分析设RON=100Ω，COT=100pF，CL=20pF，RL=10MΩ，CI=5pF，精度0.1%，求设定时间。

动态特性的思考源内阻与导通电阻对动态特性有什么影响？电容对动态特性的影响是什么？怎么减小这些因素的影响？分级结合的电路对动态特性如何影响？多路开关的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。RSRONRLUS~源负载效应的等效电路源负载效应误差=

怎么减小源负载效应误差？多路开关的串扰特性串扰是指断开通道的信号电压耦合到接收通道而引起的干扰通过断开开关之间的分布电容进入~US1RS2RON2COUT+CLCin2UOECIORS1Cin1(A)等效电路~US1CIORONUOECOUT+CL(B)RON2>>RS1或RON2>>RS2时的简化图~US1RS1CIOCin1RS2UOECin2+COUT+CL(C)RON2<<RS1或RON2<<RS2时的简化图模拟开关的选择通道数量通道数量对传输信号的精度和切换速度有直接影响泄漏电流与串扰等都与通道数量有关导通电阻的一致性与平坦度导通电阻的变化影响精度，尤其是在负载阻抗较小的情况平坦度体现导通电阻随输入信号电压变化的波动情况一致性体现各通道之间在导通电阻上的差异模拟开关的选择开关速度注意与后级的采样速度和模数转换器速度之间的协调分配泄漏电流尽量选择泄漏电流小的模拟开关芯片的电源电压范围电源电压通常与切换速度和导通电阻有关电源电压通常也约束了传输信号的电压范围模拟开关的选择故障保护和ESD保护防止输入线路出现故障或静电积累的状况带来的对系统的损害先断后合先断后合的机制在用于通道切换的时候可以防止通道之间的短路但是如果用于程控增益的情况，由于运放的开环增益很大，可能需要考虑使用先合后断的模拟开关模拟开关的选择单端输入和差分输入单端输入通道数多，而差分输入能够有效抑制共模干扰信号带宽模拟开关的分布电容会影响到通道的传输带宽关断隔离度对于高速信号，寄生电容还有可能影响到关断的程度典型的模拟开关集成芯片无译码的多路开关有译码的多路开关AD7501AD7502CD4051/2/3CD4051功能框图CD4052功能框图CD4053功能框图多路开关集成芯片小结模拟多路开关集成芯片有多种形式一对一（AD7510等）一对多（CD4501，CD4502等）多对一（AD7501，CD4501，CD4502等）掌握控制电平及控制逻辑注意连接方向通过芯片手册掌握其他