最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真

模擬開關(guān)通常用于音頻系統(tǒng)中，以切換低電平輸入或調(diào)整音頻濾波器特性。選擇合適的模擬開關(guān)有助于在設(shè)計(jì)人員的成本預(yù)算范圍內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)的總諧波失真（THD）。

THD規(guī)格在確定通過音頻系統(tǒng)或由音頻系統(tǒng)生成的音頻信號(hào)的質(zhì)量或保真度方面起著至關(guān)重要的作用。因此，在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，必須重視選擇合適的元件和電路板布局，以最大限度地降低THD。

當(dāng)信號(hào)通過開關(guān)時(shí)，開關(guān)不得降低信號(hào)完整性或在所需的輸出信號(hào)上引入任何新信息。波形的任何變化都被認(rèn)為是失真，顯然是不希望的，也是無(wú)法避免的，因此必須最小化。

THD 定義為所有次次、三次和更高諧波的平方和與基波諧波幅度之比的平方根。

選擇具有最小THD的模擬開關(guān)需要具有低導(dǎo)通電阻（RON），因此導(dǎo)通電阻平坦度低（RFLAT(ON)).一些模擬開關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)忽略了平坦度的規(guī)定，但可以假設(shè)它大約是導(dǎo)通電阻的10%。平坦度定義為在指定模擬信號(hào)范圍內(nèi)測(cè)量的導(dǎo)通電阻最大值和最小值之間的差值。

圖2.R平坦（開）.

導(dǎo)通電阻曲線由長(zhǎng)度L、寬度W、電子和空穴遷移率（μn和μp），氧化物電容C牛、閾值電壓 VT和信號(hào)電壓 V一般事務(wù)人員（五在）的兩個(gè)MOSFET。

如上圖所示，PMOS和NMOS的導(dǎo)通電阻是平行的，導(dǎo)致電阻R，這是一個(gè)非線性函數(shù)。失真源來(lái)自并聯(lián)PMOS和NMOS與恒定負(fù)載串聯(lián)，導(dǎo)致通過開關(guān)的信號(hào)非線性衰減。使用多個(gè)開關(guān)時(shí)，THD 將相加。以下原理圖顯示了開關(guān)和負(fù)載的電阻分壓器關(guān)系。

圖3.

實(shí)際上，最大THD由以下公式確定：

如圖2所示，并行R上，因此RFLAT(ON)，可能因模擬輸入信號(hào)而異，最大THD將出現(xiàn)在并聯(lián)R的最大值和最小值之間的最大差值處上.因此，工作在低于最大值的點(diǎn)左右的模擬輸入信號(hào)將經(jīng)歷較低的THD。

下面顯示了三種不同的開關(guān)及其導(dǎo)通電阻和相應(yīng)的測(cè)量THD。使用10 kohms的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試載荷來(lái)獲得該地塊。

圖4.THD 與頻率的關(guān)系。

在音頻系統(tǒng)中，會(huì)遇到 1200、600、36、32、16、8、4 和 3 kohm 的阻抗負(fù)載，尤其是在阻抗非常低的情況下，導(dǎo)通電阻平坦度 （RFLAT(ON)），以盡量減少 THD。如果THD是最高優(yōu)先級(jí)，則公式4將為選擇模擬開關(guān)提供一個(gè)起點(diǎn)。

審核編輯：郭婷