模擬開關(guān)和多路復(fù)用器的性能與應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常利用模擬開關(guān)和多路復(fù)用器將來自真實世界傳感器和傳感器子組件的信號路由到電路板上的電子信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換階段。我們試圖將電路板布置得盡可能有效地從頻繁邊緣安裝的連接器獲取信號到處理電路。但是，當(dāng)我們在電路板的不同邊緣有多個連接器的傳感器時，我們可以燒掉整個PCB層，只需路由模擬信號和模擬地，以防止噪聲消失。與此相關(guān)的是我們可能還想與傳感器陣列共享電路。例如，我們可能希望監(jiān)控和測量機器設(shè)計的幾個位置的溫度。這將需要在設(shè)計周圍散布許多溫度傳感器或熱敏電阻。由于我們的micro可能在任何時候只將一個模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而不是復(fù)制信號調(diào)理，縮放，偏移和增益級，因此將許多信號切換或多路復(fù)用可能更具空間和成本效益。單點指出A/D的條件和路線。通過不使用多條冗余A/D線，這也可以節(jié)省引腳受限處理器上的I/O.

本文介紹了模擬開關(guān)和多路復(fù)用器，這些模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可供工程師在布線和將模擬信號傳遞到調(diào)理電路時在電路板上使用。

基礎(chǔ)知識

模擬開關(guān)，也稱為雙向開關(guān)，通常在矩陣配置中使用低“導(dǎo)通電阻”FET，一旦晶體管導(dǎo)通至完全飽和，電流就會流過預(yù)定義的路徑（圖1） 。您可以將模擬開關(guān)視為機械繼電器，除了不使用干觸點，硅結(jié)（PMOS和NMOS）以電子方式啟用或禁用無機械運動部件的傳導(dǎo)。

圖1：隔離使能P和N MOSFET進入低導(dǎo)通電阻導(dǎo)通。請注意由電源軌夾住的內(nèi)部保護二極管。

因為晶體管是電子的，所以它們不是電子隔離的，因為它們在繼電器中。這意味著存在電壓和電流限制，并且信號范圍必須在模擬開關(guān)或多路復(fù)用器的正和可能的負電源軌內(nèi)。對于隔離的高功率或高壓開關(guān)應(yīng)用，模擬開關(guān)可能不是最佳選擇。但是，對于低電平模擬開關(guān)，易于使用且成本低廉的模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可以提供很多好處。

應(yīng)該注意，模擬開關(guān)也可用于切換數(shù)字信號。因為電流可以通過模擬開關(guān)元件雙向流動，所以呈現(xiàn)跨導(dǎo)的數(shù)字信號可以容易地傳遞和路由數(shù)字信號。這基本上會在數(shù)字信號上產(chǎn)生高阻抗條件，讓您可以創(chuàng)建自己的三態(tài)信號總線。

船上零件

多種系列和類型的模擬開關(guān)可作為多源和庫存產(chǎn)品使用，這意味著從供應(yīng)鏈的角度來看它們是安全的。例如，傳統(tǒng)的CMOS 4000系列Quad-SPST雙邊開關(guān)通?？捎?，包括恩智浦HEF4016BP，652和HEF4066BP，652，但也已使用當(dāng)前信號標準演變?yōu)楝F(xiàn)代版本。例如，4066可用的現(xiàn)代信號電平直接包括74AHC和74HCT，以及LV，LVC和LVXT版本。 Legacy 4016也是如此。

如上所述的通用開關(guān)很常見，但也有專門的開關(guān)集成了信號調(diào)理。一個典型的例子是極低的串聯(lián)導(dǎo)通電阻（100毫歐）TI TS3A225ERTER雙SPDT開關(guān)（圖2）。雖然這部分設(shè)計用于音頻切換，但由于其集成的閾值電平檢測器可以在不同的連接器之間切換信號，因此它可能對其他設(shè)計很有用。

圖2：特殊功能可以將模擬開關(guān)與信號調(diào)理集成在一起，例如TI TS3A225，它具有閾值電平自動切換功能。注意串行接口。

請注意，并非所有具有相同核心部件號的部件都相同。這可能是一個“陷阱”，所以要特別注意。例如，安森美半導(dǎo)體MC14016BDR2G是4000系列4016，與上面的恩智浦部分類似，但恩智浦可以處理-2.25至+ 2.25V雙軌電源或高達7.5 V的單軌電源。安森美半導(dǎo)體部分是單軌3 V至18 V部件。雖然在功能上它們是相同的，但它們不是電氣的，所以要小心驗證零件和第二個源是否完全相同。

多路復(fù)用的世界

在指定模擬開關(guān)或多路復(fù)用器時，有數(shù)百個部件，架構(gòu)和系列可供選擇。最好的起點是首先確定縮小該領(lǐng)域的關(guān)鍵參數(shù)。例如，低導(dǎo)通電阻或您需要在其間運行的電源軌可能對您至關(guān)重要。從那里，您可以檢查可用的體系結(jié)構(gòu)。

Maxim MAX1693EUB +開關(guān)僅從2.7 V至5.5 V消耗25μA電流。該器件專為USB開關(guān)而設(shè)計，其低功耗和90mΩ導(dǎo)通電阻對低功耗傳感器具有吸引力。對于超低功耗，請查看Vishay quad SPST DG2042DQ-T1-E3的時鐘頻率為1 nA。在1.8 V至5.5 V范圍內(nèi)工作時，它具有略高的1.5Ω導(dǎo)通電阻。

重要的是要注意，模擬開關(guān)和多路復(fù)用器并不意味著像繼電器那樣切換高電平電流。即使某些器件可以處理高電壓，例如Maxim MAX14752EUE + 8：1多路復(fù)用器（或1：8多路分解器）和Maxim MAX14753EUE +雙4：1多路復(fù)用器（或雙1：4多路分解器）（圖3），它們可以使用分離±36 V或單軌+72 V電源（和信號）范圍。這些器件還具有先開后合的內(nèi)部布置，這在這些較高的開關(guān)電壓水平下特別有用。

圖3：這些高壓8：1和4：2開關(guān)可以處理72 V單軌或分離±36 V雙軌信號。注意簡單的尋址和啟用接口。

請記住，模擬多路復(fù)用器本質(zhì)上也是多路分解器。由于它們的雙向性，任何可以用于集中的東西也可以分配。這意味著需要將模擬電平路由到多個目的地的任何應(yīng)用都可以使用多路復(fù)用器作為多路分解器。

從多個到一個，多個到多個

傳感器陣列可以通過使用離散SPST和SPDT開關(guān)構(gòu)建自己的多源多路復(fù)用器來構(gòu)建。在某些情況下，傳感器組位于電路板周圍的不同連接器處，這可能是最好的方法。我們還擁有SP3T，SP4T和SP8T以及DP3T和DP4T架構(gòu)。但是當(dāng)許多傳感器輸入需要路由到一個位置時，集成的多路復(fù)用器芯片可能是最好的解決方案，有很多可供選擇。

除了我們之前談到的4：1和8：1部件外，還有16：1部件，例如Intersil DG406DYZ-T和ADI公司的ADG526AKRZ。還有交叉點開關(guān)陣列。雖然對于大多數(shù)源/目的地類型的傳感器陣列可能不需要交叉點開關(guān)，但是可能存在一些高可靠性和冗余系統(tǒng)，其中這些可以派上用場。

像交換機和多路復(fù)用器一樣，交叉點交換機有多種架構(gòu)，從雙2x2，4x4和8x8，一直到40 x 40.雖然這些可能比你需要的多，但它們很高興知道為了以防萬一。

結(jié)論

模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可以很好地隔離和傳遞我們的傳感器，音頻或其他模擬系統(tǒng)接口的線性信號。無論是用于選擇要查看的信號還是用于切換校準級別以獲得更高的精度，模擬開關(guān)都已經(jīng)并將在我們的設(shè)計中使用。

當(dāng)存在這么多可能性時，找到正確部分的關(guān)鍵是一個很好的參數(shù)搜索引擎，例如在Digi-Key網(wǎng)站上找到的搜索引擎。這可以大大加快部分搜索速度，并提供最佳的成本/性能水平。