如何有效地比較CMOS開關與固態(tài)繼電器的性能

源極和漏極之間的關斷電容，CDS（關閉），是衡量關斷開關阻止源極信號耦合到漏極的能力的指標。它是固態(tài)繼電器（也稱為 PhotoMOS、OptoMOS、光繼電器或 MOSFET 繼電器）中的常見規(guī)格，通常稱為輸出電容 C??外，在固態(tài)繼電器數(shù)據(jù)手冊中。CMOS開關通常不包括此規(guī)格，但關斷隔離規(guī)格是表征同一現(xiàn)象的不同方法，即呈現(xiàn)給耦合到漏極的關斷開關源的信號量。本文將討論如何推導 C外從關斷隔離以及如何使用它更有效地比較固態(tài)繼電器和CMOS開關的性能。這一點很重要，因為CMOS開關適用于許多使用固態(tài)繼電器的應用，例如開關直流和高速交流信號。

如何推導 CDS（關閉）從關閉隔離

圖1顯示了ADG5412的關斷隔離與頻率的典型性能曲線。該圖顯示，隨著信號源上信號頻率的增加，關斷隔離度降低。

圖1.ADG5412關斷隔離與頻率的關系，±15 V雙電源。

這意味著隨著信號頻率的增加，源頭上存在的更多信號將出現(xiàn)在關斷開關的漏極上。當您研究關斷條件下開關的等效電路時，這并不奇怪，如圖2中的測試電路所示。當開關斷開時，源極和漏極之間存在寄生電容，如CDS（關閉）在圖中。該寄生電容使高頻信號能夠通過，而表征這一點是關斷隔離圖的目的。

圖2.關斷隔離測量測試電路。

關閉隔離通過取 V 計算S和 V外從圖2測試電路中插入以下公式：

將關斷隔離圖的結果與開路開關的等效電路相結合，CDS（關閉）可以在CMOS開關中計算。首先，如果我們考慮關斷通道和負載，我們可以將電路等效于高通濾波器，如圖3所示。

圖3.CDS（關閉）和 RL高通濾波器。

所示電路的傳遞函數(shù)可以通過以下方式推導出：

接下來是考慮源電壓，VS，其阻抗如圖2所示。源阻抗，RS，為 50 Ω，這與負載阻抗 R 匹配L，50 Ω。如果我們假設理想情況，其中 CDS（關閉）是短路，則VS是雙V在因為阻抗相等。這意味著當相對于 V 計算傳遞函數(shù)時S，整體傳遞函數(shù)加倍。

因此，整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

然后可以將該傳遞函數(shù)代入關閉隔離方程，得到：

然后可以重新排列此等式以使其 CDS（關閉）主題：

這意味著如果我們知道RL、輸入信號的頻率 f 和以 dB 為單位的關斷隔離規(guī)格值 CDS（關閉）可以計算。這些值可在ADI公司產品組合中開關或多路復用器產品的數(shù)據(jù)手冊中找到。以下示例將概述如何完成此操作。

計算示例 CDS（關閉）

本例將使用SPI控制的四通道SPST開關ADGS1612。ADGS1612的關斷隔離規(guī)格為?65 dB，可從數(shù)據(jù)手冊表1中讀取。從關斷隔離規(guī)范的測試條件部分，RL表示為 50 Ω，信號頻率 f 表示為 100 kHz。通過將這些值放入 C 中DS（關閉）公式，可以計算電容值。

注意，用于開關和多路復用器關斷隔離的測量電路可能在開關通道的源極引腳之前包含額外的50 Ω端接，如圖4所示。該 CDS（關閉）方程仍可與以這種方式測量的關斷隔離規(guī)格一起使用。但是，在源極引腳使用50 Ω端接后，必須在數(shù)據(jù)手冊的關斷隔離規(guī)格中增加6 dB，然后再將其用于C。DS（關閉）方程。這是為了補償源端50 Ω端接將電壓降低一半（相當于?6 dB）的事實。

圖4.關斷隔離測試電路，在源上具有50 Ω端接。

CMOS 開關與固態(tài)繼電器

表 1 顯示了 CDS（關閉）ADI公司產品組合中一系列開關產品的值。ADG54xx和ADG52xx系列可以處理擺幅高達44 V的信號電壓，而ADG14xx和ADG12xx系列可以傳遞擺幅高達33 V的信號電壓。 該信號范圍為 30 V 和 40 V 固態(tài)繼電器。表上的最后一列還顯示了 C 如何DS（關閉）可與開關導通電阻配合使用，計算R值上， CDS（關閉）產品，用作固態(tài)繼電器的優(yōu)異順序。R型上， CDS（關閉）乘積表示開關在打開時對信號的衰減程度，并結合開關在開關關閉時阻擋高速信號的能力。下表顯示，ADG1412的R上， C關閉產品小于5，與市場上的固態(tài)繼電器相比極具競爭力。

與固態(tài)繼電器相比，CMOS開關也有許多優(yōu)點。其中包括：

更易于驅動開關邏輯

大多數(shù)ADI公司的CMOS開關的典型數(shù)字輸入電流為1 nA，而固態(tài)繼電器中二極管的推薦正向電流為5 mA。這意味著CMOS開關可以直接由微控制器上的GPIO輕松控制。

更快的開關速度

ADG1412的典型導通時間為100 ns，而固態(tài)繼電器的典型導通時間為數(shù)百毫秒。

每個封裝的更多開關

例如，ADGS1414D具有8個開關通道，導通電阻為1.5 Ω，導通電阻為5 pF CDS（關閉）采用 5 mm × 4 mm 封裝。即每 2.5 毫米一個開關2的包裝區(qū)域。

結論

開關在關閉狀態(tài)下阻斷信號的能力是關鍵。在固態(tài)繼電器中，C關閉規(guī)格是開關兩端電容的量度，它允許信號從閉合開關的輸入耦合到輸出。在CMOS開關中，不直接測量該電容;但是，該電容的影響是通過關斷隔離規(guī)格來測量的。以dB為單位的關斷隔離值、輸入信號的頻率和負載電阻可用于確定CDS（關閉）通過推導開路開關的傳遞函數(shù)。該 CDS（關閉）在比較CMOS開關和C時很重要外固態(tài)繼電器的規(guī)格。此外，CDS（關閉）也可用于計算R上， CDS（關閉）乘積，這是一個優(yōu)點順序，用于顯示開關的整體關斷隔離和信號丟失性能。這允許在為應用選擇開關時直接競爭CMOS開關和固態(tài)繼電器。與固態(tài)繼電器相比，CMOS開關還具有許多優(yōu)點，即更易于驅動開關邏輯，更快的開關速度，以及能夠在封裝中安裝更多開關。

是呢環(huán)保局：郭婷