常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件

組會報告專業(yè)：電子與通信工程姓名：張威威2015年4月18日組會報告專業(yè)：電子與通信工程2015年4月18日1常用模擬開關芯片型號與功能和應用介紹一、模擬開關的電路組成及工作原理二、常用的ＣＭＯＳ模擬開關集成電路

三、模擬開關集成電路的應用

常用模擬開關芯片型號與功能和應用介紹一、模擬開關的電路組成及2一、模擬開關的電路組成及工作原理模擬開關，英文名Analogswitches；主要是完成信號鏈路中的信號切換功能。采用MOS管的開關方式實現(xiàn)了對信號鏈路關斷或者打開；由于其功能類似于開關，而用模擬器件的特性實現(xiàn)，成為模擬開關。模擬開關是一種三穩(wěn)態(tài)電路，它可以根據(jù)選通端的電平，決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當選通端處在選通狀態(tài)時，輸出端的狀態(tài)取決于輸人端的狀態(tài)；當選通端處于截止狀態(tài)時，則不管輸入端電平如何，輸出端都呈高阻狀態(tài)。模擬開關在電子設備中主要起接通信號或斷開信號的作用。由于模擬開關具有功耗低、速度快、無機械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機中得到了廣泛應用。一、模擬開關的電路組成及工作原理模擬開關，英3模擬開關電路由兩個或非門、兩個場效應管及一個非門組成，如圖一所示。模擬開關的真值表見表一。EAB10011100高阻狀態(tài)

01高阻狀態(tài)

表一模擬開關電路由兩個或非門、兩個場效應管及一個非門組成，如圖一4模擬開關的工作原理如下：

當選通端Ｅ和輸入端Ａ同為1時，則S2端為０，Ｓ1端為１，這時ＶＴ1導通，ＶＴ2截止，輸出端Ｂ輸出為１，Ａ=Ｂ，相當于輸入端和輸出端接通。當選通Ｅ為1時，而輸入端Ａ為０時，則S2端為1，S1端為０，這時ＶＴ1截止，VT2導通，輸出端Ｂ為０，Ａ＝Ｂ，也相當于輸入端和輸出端接通。當選通端Ｅ為０時，這時ＶＴ1和ＶＴ2均為截止狀態(tài)，電路輸出呈高阻狀態(tài)。從上面的分析可以看出，只有當選通端Ｅ為高電平時，模擬開關才會被接通，此時可從Ａ向Ｂ傳送信息；當輸入端Ａ為低電平時，模擬開關關閉，停止傳送信息。模擬開關的工作原理如下：當選通端Ｅ和輸入端5二、常用的CMOS模擬開關集成電路在模擬開關的集成過程中，晶體三極管和場效應晶體管均可用來做模擬開關的有源器件，實際上，由于場效應晶體管特性的對稱性不存在殘余電壓等優(yōu)點，所以在模擬開關中用的最多的還是場效應晶體管。開關在電路中起接通信號或斷開信號的作用。最常見的可控開關是繼電器，當給驅動繼電器的驅動電路加高電平或低電平時，繼電器就吸合或釋放，其觸點接通或斷開電路。CMOS模擬開關是一種可控開關，它不象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場合，只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號。二、常用的CMOS模擬開關集成電路在模擬開關的61.無譯碼器的多路開關

開關類型：TL182C，AD7510，AD7511，AD7512等。1.無譯碼器的多路開關開關類型：TL182C，AD7517芯片中無譯碼器，四個通道開關都有各自的控制端。防閂鎖型介質隔離CMOS開關，可提供最高超出電源電壓±25V的過壓保護,低導通電阻75?，低泄漏電流500pA。芯片中無譯碼器，四個通道開關都有各自的控制端。防閂鎖8優(yōu)點：每一個開關可單獨通斷，也可同時通斷，使用方式比較靈活。缺點：引腳較多，使得片內所集成的開關較少。當巡回檢測點較多時，控制復雜。優(yōu)點：每一個開關可單獨通斷，也可同時通斷，使用方式比較靈活。9四雙向模擬開關CD4066

CD4066的每個封裝內部有4個獨立的模擬開關，每個模擬開關有輸入、輸出、控制三個端子，其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時，開關導通，導通電阻為幾十歐姆；當控制端加低電平時開關截止呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關間的串擾很小，典型值為－50dB。四雙向模擬開關CD4066CD4066的每個封裝內部有4個10CD4066引腳功能圖CD4066引腳功能圖112.有譯碼器的多路開關

⑴AD7501（AD7503）

片上所有邏輯輸入與TTL／DTL及CMOS電路兼容。2.有譯碼器的多路開關⑴AD7501（AD7503）12

表3.1AD7501真值表

導通

00001111×

00110011×

01010101×

111111110

12345678

無表3.1AD7501真值表13

AD7503除EN端的控制邏輯電平相反外,其它與AD7501相同。⑵AD7502AD7503除EN端的控制邏輯電平相反外14表3.2AD7502真值表

接通通道

0011×

0101×

11110

1和52和63和74和8

無表3.2AD7502真值表15常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件16注意：AD7501，AD7502，AD7503芯片都是單向多到一的多路開關，即信號只允許從多個

(8個)輸入端向一個輸出端傳送。注意：AD7501，AD7502，AD7517單八路模擬開關CD4051

CD4051相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定?！癐NH”是禁止端，當“INH”=1時，各通道均不接通。CD4051還設有另外一個電源端VEE，以作為電平位移時使用，從而使得通常在單電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關，并使這種多路開關可傳輸峰－峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當VEE=－5V時，只要對此模擬開關施加0～5V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號。單八路模擬開關CD4051CD4051相當于一個單刀八擲開18CD4051引腳功能圖CD4051引腳功能圖19常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件20CD4051通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通CD4051通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA00021雙四路模擬開關CD4052

CD4052相當于一個雙刀四擲開關，具體接通哪一通道，由輸入地址碼AB來決定。

雙四路模擬開關CD4052CD4052相當于一個雙刀四擲開22常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件23CD4052通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1均不接通CD4052通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHBA000“24三組二路模擬開關CD4053

CD4053內部含有3組單刀雙擲開關，3組開關具體接通哪一通道，由輸入地址碼ABC來決定。三組二路模擬開關CD4053CD4053內部含有3組單刀雙25常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件26CD4053通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000cX、bX、aX0001cX、bX、aY0010cX、bY、aX0011cX、bY、aY0100cY、bX、aX0101cY、bX、aY0110cY、bY、aX0111cY、bY、aY1均不接通CD4053通道選擇真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA00027常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件28十六路模擬開關CD4067

CD4067相當于一個單刀十六擲開關，具體接通哪一通道，由輸入地址碼ABCD來決定。INH為“1”時斷開所有通道的接通。十六路模擬開關CD4067CD4067相當于一個單刀十六擲29CD4067接通選擇真值表DCBAINH接通通道00000“0”00010“1”00100“2”00110“3”01000“4”01010“5”01100“6”01110“7”10000“8”10010“9”10100“10”10110“11”11000“12”11010“13”11100“14”11110“15”1均不接通CD4067接通選擇真值表DCBAINH接通通道0000030常用模擬開關芯片型號與功能和應用技術介紹課件31高壓型模擬開關高壓模擬開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置，可實現(xiàn)模擬斷路器跳合閘時間設置、三相/分相操作選擇、輸入信號邏輯控制等作用，從而模擬斷路器的跳、合閘動作高壓模擬開關特性◆模擬斷路器可模擬跳閘和合閘時間，時間設置為撥碼開關設置，精度高。跳閘時間設置范圍為20-200ms，合閘時間設置范圍為20-100ms?！裟M斷路器跳合閘電源電壓為DC220V和DC110V兩檔，試驗前必須選擇好電壓和輸入電壓一致。◆在模擬回路中設有繼電器A、B、C各輸出一組轉換觸點，動斷觸點閉合或斷開觸點斷開的觸點和操作電源完全隔離，可和微機型繼電保護試驗設備進行配合。

高壓型模擬開關高壓模擬開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置32◆高壓模擬開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置，可實現(xiàn)模擬斷路器跳合閘時間設置、三相/分相操作選擇、輸入信號邏輯控制等作用，從而模擬斷路器的跳、合閘動作?！舾邏耗M開關可以模擬分相操作斷路器，也可模擬三相操作斷路器，跳合閘阻抗選擇為400歐、200歐、110歐任意選擇，當模擬分相操作斷路器時，其跳合閘輸入端子分別為A合、A跳、B合、B跳、C合、C跳；當模擬三相操作斷路器時，其跳合閘輸入端子為三跳、三合。另外，面板上還設有手動合閘和手動跳閘按鈕，并設有跳合閘信號燈，分別為A合、B合、C合三個紅色信號燈和A跳、B跳、C跳三個綠色信號燈，在模擬三相操作斷路器時，A、B、C三相信號燈同時明滅?！舾邏耗M開關采用全數(shù)字電路，時間為數(shù)字撥碼設置，可實33高壓模擬開關技術參數(shù)

1.跳閘時間選擇：20-100ms

2.供電電源AC200V±10%

3.跳合閘操作為電源電壓：DC220V、DC110V

4.合閘時間選擇：20-200ms

5.跳合閘阻抗選擇400Ω、200Ω、110Ω

6.模擬斷路器常閉/常開接點容量為AC220V/5A高壓模擬開關應用高壓模擬開關主要用于電力系統(tǒng)斷電保護裝置或成套繼電保護屏的整組試驗，可真實地模擬斷路器的跳合閘時間。在整組試驗時模擬高壓斷路器的跳閘及合閘，以避免由于重復的整組試驗造成斷路器反復分合帶來的不良影響。高壓模擬開關技術參數(shù)34MAX4800A,MAX4802A高壓模擬開關MAX4800A/MAX4802A可為超聲成像和打印機應用提供8通道高壓開關。該器件采用BCDMOS工藝，提供8個高壓低電荷注入SPST開關，由20MHz串行接口控制。數(shù)據(jù)被移入到內部8位移位寄存器，并通過帶使能和清除輸入的可編程鎖存器保持數(shù)據(jù)。上電復位功能確保所有開關在上電時為開啟狀態(tài)。關鍵特性20MHz快速SPI?接口靈活的高壓電源，可高達VPP-VNN=200V低電荷注入、低電容的22Ω開關直流至10MHz模擬信號頻率范圍在5MHz下，關斷隔離為-77dB10μA的低靜態(tài)電流

MAX4800A,MAX4802A高壓模擬開關MAX48035低阻型模擬開關4單刀雙擲低阻模擬開關芯片CH440

2單刀四擲低阻模擬開關芯片CH444

4單刀單擲低阻模擬開關芯片CH441

CH440是4通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含4通道單刀雙擲模擬開關；CH444是雙

通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含2通道單刀四擲模擬開關；CH441是4通道低阻寬帶雙向模擬開關芯片，包含4通道相互獨立的單刀單擲模擬開關；它們均具有高帶寬，低導通電阻，可以用于視頻或者USB信號切換。低阻型模擬開關4單刀雙擲低阻模擬開關芯片CH440

236特點

●低導通電阻，Ron典型值為5Ω。

●高帶寬，Bw典型值為570MHz。

●支持視頻信號，支持低速、全速和高速USB信號。

●切換快速，Ton/Toff典型值小于5nS。

●ESD支持4KVHBM。

●CH440和CH444提供全局使能引腳，多通道模擬開關統(tǒng)一使能、統(tǒng)一切換。

●CH441提供4通道相互獨立的模擬開關，兼容74HC4066引腳。

●支持5V電源電壓、3.3V電源電壓以及3V電源電壓，低靜態(tài)功耗。

●CH440和CH444采用SOP-16無鉛封裝，CH441采用SOP-14無鉛封裝，兼容RoHS。

特點

●低導通電阻，Ron典型值為5Ω。

●高帶寬，37CH440引腳功能CH440引腳功能38CH444引腳功能CH444引腳功能39CH441引腳功能CH441引腳功能40電氣參數(shù)電氣參數(shù)41應用1.視頻信號切換CH440、CH444、和CH441的高帶寬和低電阻特性使之比較適用于視頻信號切換，例如從2路或者4路視頻信號源中選擇。由于模擬電路與數(shù)字電路共用VCC和GND,為減少干擾，GND引腳必須接觸良好，VCC引腳必須外接退耦電容，并且建議將數(shù)字輸入信號的邊沿適當放緩，降低傳輸頻率。2.USB信號切換CH440、CH444、和CH441支持低速、全速或者高速USB信號切換。應用1.視頻信號切換CH440、CH444、和CH441的42幾種特殊的模擬開關：1、高頻T型開關2、微型封裝3、ESD保護開關4、故障保護型開關5、加載-感應開關6、校準型多路復用器幾種特殊的模擬開關：1、高頻T型開關2、微型封裝3、ESD保431、高頻T型開關T型開關適用于視頻及其它頻率高于10MHz的應用，如圖所示，它由兩個模擬開關(S1、S3)串聯(lián)組成，另一開關S2接在地和S1、S3的交點之間，這種結構的開關其關斷隔離高于單個開關，由于寄生電容與每個串聯(lián)開關并聯(lián)，斷開狀態(tài)的T型開關其容性串擾隨頻率的提高而增大。因此，影響開關高頻特性的關鍵在于開關的斷開狀態(tài)而不是接通狀態(tài)。當T型開關導通時，S1和S3閉合，S2斷開;當開關斷開時，S1、S2斷開，S3閉合，此時，那些要通過串聯(lián)MOSFET的寄生電容耦合到輸出端的輸入信號被S3旁路，斷開狀態(tài)下的10MHz視頻T型開關(MAX4545)的關斷隔離達-80dB，而標準模擬開關(MAX312)的關斷隔離度只有-36dB。1、高頻T型開關T型開關適用于視頻及其它頻442、微型封裝CMOS開關的優(yōu)點還包括小的封裝尺寸，如6腳SOT23開關不含任何機械部件(與舌簧繼電器不同)，Maxim提供的小型視頻開關(MAX4529)及標準的低電壓SPDT開關(MAX4544)均采用6腳SOT23封裝，供電范圍為2.7V至12V。另外，Maxim具有多種如同CD4066的通用模擬開關，例如新發(fā)布的MAX4610-MAX4612低成本四模擬開關，其中，MAX4610引腳兼容于工業(yè)標準的4066，而且能夠工作在更低的電源電壓(低至2V)，具有較高的精度，通道間最大失配電阻為4Ω;平坦度在8Ω以內。這些型號有三種不同的開關設置，低導通電阻(5V時小于100Ω)適用于低電壓應用，采用緊湊的14腳TSSOP封裝(6.5x5.1x1.1mm3)解決了線路板尺寸緊張問題。2、微型封裝CMOS開關的優(yōu)點還包括小的封裝尺寸453、ESD保護開關基于Maxim成功的ESD保護接口產品，±15kVESD保護電路被引入到某些模擬開關中，新推出的可承受±15kV靜電沖擊的模擬開關完全符合IEC1000-4-2Level4標準，所有模擬輸入通路均經過人體模型ESD檢測和IEC1000-4-2規(guī)定的空氣間隙放電模式檢驗。MAX4551-4553引腳與多種標準開關(如DG201/211和MAX391等)兼容，針對多路復用器系列產品，如74HC4051和MAX4581，Maxim還研制生產了帶有ESD保護的多路復用器。在新的設計中，無需再采用昂貴的TranszorbsTM器件對模擬輸入進行保護。3、ESD保護開關基于Maxim成功的ESD464、故障保護型開關模擬開關的電源電壓限制了輸入信號的范圍，一般情況下，這種限制對模擬開關的使用沒有影響，但在某些應用中，系統(tǒng)斷電時模擬開關的輸入端仍有信號存在，此時，由于輸入信號超出了電源電壓的范圍，將造成開關的永久性損壞。Maxim帶有故障保護的新型模擬開關和多路復用器能夠提供±25V的過壓保護，掉電時保護電壓達±40V，同時可處理滿電源擺幅信號，并具有較低的導通電阻。故障狀態(tài)下，輸入端被置成高阻態(tài)，與開關狀態(tài)和負載電阻無關，只有nA級的泄漏電流流過信號源。4、故障保護型開關模擬開關的電源電壓限制了輸475、加載-感應開關

在過去幾年中，Maxim推出了一系列新型模擬開關，其中MAX4554-MAX4556加載-感應型開關，適用于自動檢測設備(ATE)中的Kelvin檢測。每中型號包含有用于加載電流的低電阻、大電流開關和用于檢測電壓或切換保護線的高阻開關?！?5V供電時，電流開關導通電阻僅6Ω，感應開關導通電阻為60Ω，MAX4556內置三路SPDT開關。加載感應開關主要用于高精度系統(tǒng)和遠距離測量系統(tǒng)，在4線測量中，2線為負載加載電壓或電流，其余2線直接與負載感應線連接。2線系統(tǒng)中，負載電壓感應線與加載線連接到負載的兩端。由于加載電壓或電流會沿線產生壓降，所以負載電壓比信號源電壓略低，負載與信號源間的距離以及負載電流、導通電阻等都將造成負載電壓的衰減。采用4線方式可減小信號衰落，4線方式中的2條附加電壓感應線上流過的電流可忽略。新型加載感應開關簡化了許多應用，例如nV級電壓表、飛歐級電阻計等

。5、加載-感應開關在過去幾年中，Maxim486、校準型多路復用器校準型多路復用器(Cal-muxes)主要用于高精度A/D轉換器和自監(jiān)控系統(tǒng)，芯片內的組合結構主要包括：從輸入基準電壓產生精密電壓比的模擬開關，高精度電阻分壓器，用于選擇不同輸入的多路復用器。該類器件中，MAX4539和MAX4540可用于修正A/D轉換中的兩個主要誤差：失調誤差與增益誤差。利用內部精密的分壓器，在微處理器的串行接口控制下測量增益和失調電壓，參考比為15/4096和4081/4096，精確到15位，對于基準為4.096V的A/D轉換器，15/4096倍的基準電壓為15mV，二進制數(shù)字輸出為000000001111，為測量失調誤差，控制器記錄二進制數(shù)000000001111與ADC實際輸出之差，用該誤差值對失調電壓加以修正。為測量增益誤差，校準多路復用器用4081/4096代替(VREFHI-VREFLO)，微控制器記錄二進制數(shù)111111110000與ADC實際輸出之差，已知ADC的失調誤差和增益誤差后，系統(tǒng)軟件可建立修正系數(shù)，調節(jié)后續(xù)輸出到修正值。6、校準型多路復用器校準型多路復用器(Ca49模擬開關選型手冊.pdf

模擬開關選型.pdf模擬開關選型手冊.pdf

模擬開關選型.pdf50三、模擬開關集成電路的應用圖3.1示出數(shù)字控制電阻網絡電阻值大小的電路。在圖3.1中,CD4066的四個獨立開關分別并接在四個串接電阻上,電阻的值是按二進制位權關系選擇的。當某個開關接通時,并接在該開關上的電阻被短路,此處假設該電阻阻值R=RON（RON為模擬開關的導通電阻）;當某個開關斷開時,電阻兩端阻值仍保持原阻值不變,此處假設該電阻阻值R=ROFF（ROFF為模擬開關斷開時的電阻）。四個開關的控制端由四位二進制數(shù)A、B、C、D控制,因此,在A、B、C、D端輸入不同的四位二進制數(shù),可控制電阻網絡的電阻變化,并從其上獲得2～16種不同的電阻值。按圖3.1所給的電阻值,該電阻網絡所對應的16種阻值列于表3.1中。1.數(shù)控電阻網絡三、模擬開關集成電路的應用圖3.1示出數(shù)字控制電阻網絡電阻值51圖3.1數(shù)控電阻網絡輸入二進制數(shù)電阻值(MΩ)DCBA00003.7500013.5000103.2500113.0001002.7501012.5001102.2501112.0000001.7510011.5010101.2510111.0011000.7511010.5011100.2511114×RON≈2kΩ圖3.1數(shù)控電阻網絡輸入二進制數(shù)電阻值(MΩ)DCBA00522.單按鈕音量控制器單按鈕音量控制器電路見圖3.2。VMOS管VT1作為一個可變電阻并接在音響裝置的音量電位器輸出端與地之間。VT1的D極和S極之間的電阻隨VGS成反比變化,因此控制VGS就可實現(xiàn)對音量大小的控制。VT1的G極接有3個模擬開關S1～S3和一個100μF的電容,其中100μF電容起電壓保持作用。由于VMOS管的G極和S極之間的電阻極高,故100μF電容上的電壓可長時間基本保持不變。模擬開關S1為電容提供充電回路,當S1導通時,電源通過S1給電容充電,電容上電壓不斷增高,使VT1導通電阻越來越小,使音量也越來越小。模擬開關S2為電容提供放電回路,當S2導通時,電容通過S2放電,電容上電壓不斷下降,使音量越來越大。模擬開關S3起開機音量復位作用,開機時,電源在S3控制端產生一短暫的正脈沖,使S3導通,由于與S3連接的電阻較小,故使電容很快充到一定的電壓,使起始音量處于較小的狀態(tài)。2.單按鈕音量控制器單按鈕音量控制器電路見圖3.2。VMOS53F1～F6及其外圍元件組成長短脈沖識別電路。靜態(tài)時,F1、F2輸入為高電平,當較長時間按壓按鈕開關AN時,F4輸出變高,經100k電阻給3.3μF電容充電,當充電電壓超過CMOS門轉換電壓時,F5輸出由高變低,F6輸出由低變高,模擬開關S2導通,100μF電容放電,音量變大。與此同時,F1輸出也變高,也給電容充電,但F1輸出的一次正跳變不足以使電容上電壓超過轉換電壓,故F2輸出仍為高電平,F3輸出低電平,模擬開關S1保持截止。當連續(xù)按動按鈕開關AN時,F4輸出也不斷變化,輸出為高時,給電容充電,而輸出變低時,電容又很快通過二極管VD3放電,故電容上電壓總是達不到轉換電壓,因此F6輸出一直為低。而此時F1輸出連續(xù)高低變化,經二極管整流不斷給電容充電,使3.3μ