請注意模擬開(kāi)關(guān)和多路復用器,它很重要
請注意模擬開(kāi)關(guān)和多路復用器,它們是信號通道的關(guān)鍵元件。設計人員應當了解這些重要模擬部件的應用和規格。
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模擬開(kāi)關(guān)的主要規格是電壓、導通電阻、電容、電荷注入、速度和封裝。
介質(zhì)絕緣工藝可防止一些開(kāi)關(guān)的閂鎖。
開(kāi)關(guān)的工作范圍從直流到 400 MHz ,甚至更高。
MEMS (微機電系統)開(kāi)關(guān)在高頻下運行良好,但存在可靠性問(wèn)題,并且封裝費用昂貴。
如果您是在仿真一個(gè)模擬開(kāi)關(guān),要確保對全部寄生成分的建模。
沒(méi)有哪個(gè) IC 原理圖符號能比模擬開(kāi)關(guān)的符號更簡(jiǎn)單(圖 1a )。一個(gè)基本開(kāi)關(guān)僅包括輸入、輸出、控制腳和一對電源腳。然而,在這簡(jiǎn)單的外觀(guān)(圖 1b )后面,隱藏著(zhù)極其復雜的東西。很多規格,包括電源電壓和導通電阻,都對部件運行非常重要。模擬開(kāi)關(guān)也有許多交流規格,如帶寬和開(kāi)關(guān)時(shí)間。所有這些規格(包括泄漏電流)都會(huì )隨溫度而變化,有時(shí)是徹底改變。與其它所有模擬部件一樣,開(kāi)關(guān)也有相互作用并有一組連續值的規格。這些規格并非白或黑,而是灰色梯度。

一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)是復雜的,但要把它們聯(lián)結成組,或者把它們集成到一個(gè) IC 里以提供 DPDT (雙刀雙擲)功能或多路復用器,就會(huì )更加復雜。例如,一個(gè)為 ADC 送入信號的多路復用器應當是一種先開(kāi)后合的器件——也就是說(shuō),在接通之前,它應當斷開(kāi)觸點(diǎn),防止輸入信號相互短路。但是一個(gè)音頻輸出上的多路復用器可能需要先合后開(kāi)器件——也就是說(shuō),它必須先接通,然后再斷開(kāi),以防止音頻信號中出現令人不快的卡嗒聲和爆破音。如所有模擬部件一樣,事情要比第一眼看上去更復雜。
尋找新用途
模擬開(kāi)關(guān)總是在儀器和工業(yè)市場(chǎng)中占有一席之地。數據采集卡重定模擬輸入的路徑,為接至 ADC 的測量提供多個(gè)通道,并把模擬輸出傳遞到連接器或內部電路節點(diǎn)。這些卡中的模擬開(kāi)關(guān)和多路復用器傳統上是高壓部件,以保持它們的工業(yè)、軍用和醫用傳統。這些有幾十年歷史的應用將永遠存在,但是幾項新的技術(shù)進(jìn)展正在使模擬開(kāi)關(guān)的使用發(fā)生巨大的變化。
模擬開(kāi)關(guān)最大規模用途之一是手機和其它的手提消費設備。Fairchild Semiconductor 的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)總監 Jerry Johnston 稱(chēng):“我不知道哪款手機里一個(gè)開(kāi)關(guān)也沒(méi)有?!贝笮『凸δ苁请娫?huà)中使用模擬開(kāi)關(guān)的推動(dòng)因素。手機外殼中只有很小的空間放置連接器,這意味著(zhù)模擬開(kāi)關(guān)必須將信號從多個(gè) IC 傳遞到一個(gè) USB 端口、視頻端口、音頻端口或電源連接器。這些開(kāi)關(guān)也有多種功能,這更增加了在手機中的應用。一款手機通常包括一只基帶 IC 和 RF 信號鏈。一款全功能手機也可能要帶有數碼相機和攝像頭,兩者都有相關(guān)的閃存系統,并且能做 MP3 和視頻播放器。它也支持 USB、藍牙和無(wú)線(xiàn) LAN 連接。Johnston了解一些高端手機有多達 14 個(gè)模擬開(kāi)關(guān)。
基于類(lèi)似的原因,模擬開(kāi)關(guān)日益增長(cháng)的另一應用是便攜計算機。即使最基本的筆記本電腦也有攝像頭、 IR(紅外線(xiàn))端口、藍牙和無(wú)線(xiàn)功能。此外與手機類(lèi)似,便攜計算機只有有限的外表面供放置連接器。盡管不像手機的空間限制那么嚴格,但是這種約束仍然為模擬開(kāi)關(guān)提供了許多應用。
家庭娛樂(lè )設施是模擬開(kāi)關(guān)的另一種大批量應用。任何一個(gè)裝配電視、 DVD 播放機、立體聲收音機、游戲系統、有線(xiàn)系統和計算機的人,都可以證實(shí)這些任務(wù)要求的視頻與音頻信號布線(xiàn)挑戰。如同手機一樣,這些家庭娛樂(lè )系統可能用到一些數字信號,但是仍然必須使用模擬開(kāi)關(guān)來(lái)完成該設備的信號傳送。例如,許多家庭娛樂(lè )系統有多個(gè) HDMI(高清晰多媒體接口)數字信號通道,這些產(chǎn)品需要模擬開(kāi)關(guān)傳送那些信號,因為使用數字開(kāi)關(guān)能引起扭曲及延遲。數字開(kāi)關(guān)在完成功率時(shí)會(huì )建立一個(gè)或多個(gè)門(mén)延遲,那些延遲可能不確定,而是隨著(zhù)開(kāi)關(guān)路由或溫度而更改,門(mén)的上升和下降次數可能更改數字信號的占空比。
模擬開(kāi)關(guān)的另一個(gè)大量應用是車(chē)載娛樂(lè )設備,它有與家庭娛樂(lè )系統一樣的信號路由問(wèn)題,而且空間更少。汽車(chē)電子設備,或“telematics”(車(chē)載通信系統)同時(shí)包含了信號路由以及娛樂(lè )、計算機和手機環(huán)境的管理挑戰。
重要規格
模擬開(kāi)關(guān)能經(jīng)受的電壓與機械開(kāi)關(guān)的額定電壓一樣重要,有時(shí)它指示出開(kāi)關(guān)的預期市場(chǎng)。12V到 36V開(kāi)關(guān)的目標常常是儀表、軍用和醫用市場(chǎng)。那些必須從外部測量一些未知電壓的數據采集系統,也得益于采用高額定電壓的模擬開(kāi)關(guān)。因為設計人員無(wú)法控制所測電壓的水平,所以,重要的是開(kāi)關(guān)能承受盡可能高的電壓。對于可靠性的同樣要求,促進(jìn)了對介質(zhì)絕緣模擬開(kāi)關(guān)和故障保護模擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)發(fā)。

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