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模拟开关和多路复用器基本知识

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标签: 模拟开关

模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开;由于其功能类似于开关,而用模拟器件的特性实现,成为模拟开关。

在要求针对模拟信号控制和选择指定传输路径的电子系统的设计中,固态模拟开关和多路复用器已成为必要元件之一。这些器件被用于广泛的应用之中,包括多通道数据采集系统、过程控制、仪器仪表、视频系统等。

20世纪60年代晚期的开关和多路复用器均以分立式MOSFET器件设计,并用小型PC板或模块生产。随着CMOS工艺的发展(以相同的基板生产优异的PMOS和NMOS晶体管),开关和多路复用器在20世纪70年代中期快速转向了集成电路形式,推出了广受欢迎的ADI公司AD7500系列(1973年问世)等产品。1976年推出了带介质隔离系列,支持±25V的输入过压(超出供电轨),而且不易闩锁。

这些早期的CMOS开关和多路复用器主要设计用于处理最高±10V的信号,并工作于±15V的电源之下。1979年,ADI公司推出大获成功的ADG200系列开关和多路复用器,1988年,ADG201系列问世,该器件采用专有的线性兼容CMOS工艺(LC2MOS)制成。这些器件在±15V电源下可支持最高±15V的输入信号。

20世纪80年代和90年代出现了大量的开关和多路复用器,其趋势是更低的导通电阻、更快的开关、更低的电源电压、更低的成本、更低的功耗和更小的表贴封装。

如今,模拟开关和多路复用器有多种配置、选项可供选择,可以适应几乎所有应用。低于0.5Ω的导通电阻、皮安级漏电流、大于1GHz的信号带宽以及1.8V单电源供电,这些全都可以利用现代CMOS技术来实现。市场上同时还有采用±15V电源、基于ADI公司iCMOS?(工业CMOS)工艺的工业产品。

尽管CMOS是目前最流行的开关和多路复用器IC工艺,但双极性工艺(JFET)和互补双极性工艺(也支持JFET)通常用于视频开关和多路复用等特殊应用,因为这些应用要求的高性能是CMOS工艺无法实现的。传统的CMOS开关和多路复用器在视频频率下往往存在多种劣势。它们的开关时间一般不够快,而且需要外部缓冲才能驱动典型的视频负载。另外,CMOS开关导通电阻随信号电平的较小变化(RON调制可能会给差分放大和相位带来无用的失真。基于互补双极性技术的多路复用器在视频频率下具有更好的表现——但其功耗和成本与CMOS器件相比有明显增加。

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