選擇合適的CMOS模擬開關(guān)

簡介

集成模擬開關(guān)通常在模擬信號和數(shù)字控制器之間構(gòu)建接口，產(chǎn)品設(shè)計者在面對當(dāng)前市場上大量的模擬開關(guān)時，需要考慮多項規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)的CMOS開關(guān)經(jīng)過35年的發(fā)展歷程，演進出了許多針對特定應(yīng)用的開關(guān)電路。

本文回顧了標(biāo)準(zhǔn)CMOS模擬開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和通用模擬開關(guān)的一些基本參數(shù)，比如導(dǎo)通電阻(RON)、RON平坦度、泄漏、電荷注入和關(guān)斷隔離。文章討論了新型模擬開關(guān)的性能改進：更好的開關(guān)特性、更低的工作電壓和更小封裝，以及一些特殊應(yīng)用的需求，比如：故障保護、ESD保護、校準(zhǔn)復(fù)用器和加載/感應(yīng)能力。介紹了視頻、高速USB、HDMI?和PCIe?應(yīng)用的特殊開關(guān)。

標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)的基本原理

傳統(tǒng)模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過并聯(lián)一個n溝道和一個p溝道MOSFET，信號可以雙向流通。輸入到輸出的電壓比值決定n或者p溝道是否可以承載更大的信號電流。因為電路沒有特定的電流流向，所以也沒有嚴(yán)格的輸入和輸出定義。內(nèi)部同相和反相放大器決定兩個MOSFET的開、關(guān)狀態(tài)。放大器根據(jù)控制信號是CMOS電平還是TTL電平，模擬電源是單電源還是雙電源，對數(shù)字輸入信號進行電平轉(zhuǎn)換。

圖1. 典型模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由n溝道和p溝道MOSFET組成。

如今許多半導(dǎo)體公司生產(chǎn)廠家提供傳統(tǒng)的模擬開關(guān)，比如早期的CD4066。Maxim也提供諸如MAX4610的模擬開關(guān)，與這些早期開關(guān)管腳兼容，但擁有更好的性能。例如，一些和CD4066管腳兼容的開關(guān)可提供比CD4066更低的RON和更高精度。

相比基本的模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)，新型開關(guān)在架構(gòu)上也有一些調(diào)整，例如，一些低電容模擬開關(guān)(MAX4887等)只使用n溝道MOSFET，避免使用對模擬開關(guān)帶寬影響較大的p溝道MOSFET。

有些單電源供電的模擬開關(guān)利用電荷泵滿足負壓信號處理能力。比如，音頻模擬開關(guān)MAX14504，供電電壓從+2.3VCC到+5.5VCC，內(nèi)部電荷泵確保無失真切換-VCC到+VCC的信號。除了功能上的改進，許多最新的工業(yè)模擬開關(guān)的封裝尺寸也遠遠小于早期型號。

低導(dǎo)通電阻(RON)降低信號損失

不同VIN下p溝道和n溝道MOSFET導(dǎo)通電阻RON相并聯(lián)，得到開關(guān)導(dǎo)通電阻RON的特性(圖2)。如果排除溫度、電源電壓的影響，以及RON隨模擬輸入電壓的變化，RON應(yīng)該隨VIN呈線性變化關(guān)系。理想狀況下，為了保持盡可能低的信號損耗和信號延遲，應(yīng)盡可能減小RON。但是，減小RON會提高MOSFET硅片的寬度/長度之比(W/L)，從而產(chǎn)生較大的寄生電容并占用較大的硅片面積。較大的寄生電容降低了模擬開關(guān)的帶寬。除了W、L，RON還與電子和空穴(μn和μp)的遷移率、氧化物電容(COX)、門限電壓(VT)、信號電壓、n溝道/p溝道MOSFET的VGS (VIN)存在復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，如式1a和1b所示。

減小RON和寄生電容、改善整個溫度和電壓范圍內(nèi)RON與VIN的線性關(guān)系，通常是設(shè)計新產(chǎn)品的主要目標(biāo)。

圖2. RON和VIN的關(guān)系曲線，圖1中n溝道和p溝道的RON并聯(lián)構(gòu)成開關(guān)的導(dǎo)通電阻。

	(式1a)
	(式1b)

*最新信息，請參考IC數(shù)據(jù)手冊。
**典型值。

第一代的模擬開關(guān)工作電壓為±20V，導(dǎo)通電阻有幾百歐姆。最新的開關(guān)可以實現(xiàn)0.5Ω最大值的導(dǎo)通電阻，電源電壓也更低。工作電壓對RON有很大影響(如圖3A)，工作信號對RON影響也很大(如圖3B)。在這個例子中，MAX4992的信號和電源電壓變化范圍為：1.8V到5.5V，當(dāng)電源電壓較低時，導(dǎo)通電阻會增大(圖3A)。當(dāng)工作電壓分別為1.8V、2.7V、3.3V、5V時，導(dǎo)通電阻的最大值分別為0.38Ω、0.3Ω、0.28Ω和0.25Ω。許多新型模擬開關(guān)工作電壓可低至1.6V。MAX4992可以在單電源供電的情況下達到很低的RON和RON平坦度(1mΩ)。圖3B對比了在5V供電情況下，新老模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻。

圖3A. 高供電電壓下，可獲得低導(dǎo)通電阻。此圖是MAX4994 (單電源)的RON和VCOM對比圖。

圖3B. 與早期型號模擬開關(guān)RON的比較。

當(dāng)為單電源供電系統(tǒng)選擇開關(guān)時，最好選擇專為單電源供電設(shè)計的開關(guān)。這些器件因為不需要單獨的V-和接地而省去一個管腳。因此，一個單刀雙擲開關(guān)(例如MAX4714)可以放進微小的6引腳、1.6mm2 μDFN封裝。同樣雙電源應(yīng)用選擇雙電源供電開關(guān)。這些開關(guān)有V-和接地引腳，邏輯電平滿足標(biāo)準(zhǔn)的CMOS和TTL電平。

許多高性能模擬系統(tǒng)仍然使用高壓、雙極性電源供電(如MAX14756)，如±15V或±12V。這些電壓的接口需要一個額外的電源引腳，通常稱作邏輯電源。邏輯電源管腳(VL)連接到系統(tǒng)的邏輯電平，通常是1.8V或3.3V。使輸入邏輯信號與實際邏輯電平保持相同的參考點，以提高噪聲裕量且避免過大功耗。

人們常常誤解模擬開關(guān)輸入邏輯電平與其對電源電流的影響。如果邏輯輸入電平是地電平或VCC (或者VL)，模擬開關(guān)不會明顯地消耗供電電流。但是，如果把TTL電平加到一個5V開關(guān)上，將導(dǎo)致電源電流增加幾千倍。對于上世紀(jì)八十年代的產(chǎn)品，為了節(jié)省不必要的功耗，不得不避免使用TTL電平。

信號處理設(shè)計

圖3A也顯示了RON與信號電壓的關(guān)系。這些曲線落在供電電壓范圍內(nèi)，因為典型的模擬開關(guān)內(nèi)部沒有集成電荷泵，不能處理超出供電電壓范圍的信號。低于或高于電源的輸入會在內(nèi)部二極管網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生不受控的電流，可能永久損壞沒有保護的開關(guān)。通常，這些二極管為開關(guān)提供高達±2kV的ESD保護(參考下面ESD保護開關(guān)部分)。

模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻會導(dǎo)致信號電壓線性下降，下降幅度和通過開關(guān)的電流成正比。根據(jù)應(yīng)用以及電流大小，需要考慮信號電壓的跌落。另外兩個需要考慮的重要參數(shù)是通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度。

通道匹配是指一個器件中各個通道導(dǎo)通電阻的差異；導(dǎo)通電阻平坦度是指單個通道內(nèi)信號大小對導(dǎo)通電阻的影響。通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度參數(shù)越小開關(guān)越精確。這兩個參數(shù)的典型值一般為0.1Ω到5Ω。部分開關(guān)經(jīng)過特殊設(shè)計，擁有更好的通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度。例如MAX4992，通道匹配達到了3mΩ，導(dǎo)通電阻平坦度達到了1mΩ。MAX14535E擁有很好的導(dǎo)通電阻、通道匹配和導(dǎo)通電阻平坦度指標(biāo)，非常適合交流耦合的音視頻手持設(shè)備，能夠處理低至-1.5V的信號。

在大多數(shù)應(yīng)用中，可以通過修改電路設(shè)計來優(yōu)化開關(guān)的電流。例如，通過切換不同的反饋電阻改變運算放大器的增益。這種情況下最好選擇將開關(guān)串聯(lián)在具有高阻輸入的配置(圖4A)。因為開關(guān)電流很小，導(dǎo)通電阻以及它的溫度系數(shù)可以忽略；圖4B設(shè)計就不合適，因為根據(jù)輸出電壓的不同，開關(guān)電流會達到很大數(shù)值。

圖4. 增益控制電路設(shè)計的好(A)與壞(B)取決于通過開關(guān)電流的大小。

音頻開關(guān)和先斷后合功能

在所有音頻系統(tǒng)中，一個主要的性能要求是消除瞬時放電脈沖通過揚聲器時引起的咔嗒聲。這些瞬時脈沖通常由電源的通、斷引起(開通和關(guān)斷時間，tON和tOFF)。拋開設(shè)備工作時的音質(zhì)不說，如果在系統(tǒng)每次開機或者關(guān)機時有咔嗒聲，客戶通常會認(rèn)為這是一個劣質(zhì)的音頻設(shè)備。通過延長模擬開關(guān)的tON和tOFF可以消除聽得到的咔嗒聲。這一步驟降低了通過揚聲器的瞬時脈沖。大多數(shù)模擬開關(guān)的通斷時間從低于15ns到1μs，其它一些無咔嗒聲的開關(guān)可以達到毫秒級別。

一些沒有咔嗒聲的開關(guān)通過使用旁路開關(guān)和先斷后合技術(shù)來消除咔嗒聲。在音頻應(yīng)用中，MAX4744通過內(nèi)部的旁路開關(guān)釋放輸入電容的能量。這個動作避免了瞬態(tài)電壓進入揚聲器。先斷后合技術(shù)保證開關(guān)在連通另一點之前斷開當(dāng)前的連接，這里tON > tOFF。另外一種設(shè)計需要先合后斷的開關(guān)，那么tOFF > tON。例如圖4A中，當(dāng)在兩種增益之間切換時需要小心。改變增益時，應(yīng)避免出現(xiàn)兩個開關(guān)同時斷開的情況，這一點非常重要；第二個開關(guān)必須在第一個開關(guān)斷開之前合上，否則運算放大器處于開環(huán)狀態(tài)，將導(dǎo)致輸出達到最大電平。

*最新信息，請參考數(shù)據(jù)手冊。
**典型值。

變化的信號電平會改變導(dǎo)通電阻，進而導(dǎo)致開關(guān)插損的變化。這增加了模擬開關(guān)的總諧波失真(THD)。以一個導(dǎo)通電阻為100歐姆，導(dǎo)通電阻平坦度為10歐姆的開關(guān)為例，接上600歐姆負載時的最大總諧波失真(THDmax)為1.67%。THD是音頻應(yīng)用中一個關(guān)鍵參數(shù)，它反映了信號通過開關(guān)后的質(zhì)量或者逼真程度。THD定義為所有諧波成分平方和的均方根與基波的比值(式2)。圖5對比了不同開關(guān)的THD。

(式2)

圖5. 不同模擬開關(guān)THD與頻率的關(guān)系圖。

低導(dǎo)通電阻與電荷注入效應(yīng)控制

并不是所有應(yīng)用都要求低RON。一個應(yīng)用需要考慮低RON外，還要考慮其它因素，例如：這些電路需要更大的芯片面積，設(shè)計會引入更大的輸入電容，電容在每個開關(guān)周期內(nèi)的充放電會消耗更多功耗等等。輸入電容的充電時間取決于負載電阻(R)和電容(C)，時間常數(shù)為t ＝ RC。充電時間通常持續(xù)幾十納秒，較大高RON的開關(guān)則具備很短的tON和tOFF。一些模擬開關(guān)在同樣的封裝和管腳擺列下會設(shè)計出幾種不同的RON和輸入電容特性組合。MAX4501和MAX4502具有較高的RON和較短的tON/tOFF，而MAX4514和MAX4515則具有更低的RON和更長的切換時間。

低RON還帶來另外一個負面影響：大的容柵電流會導(dǎo)致大的電荷注入。在開關(guān)每次開啟/關(guān)閉的過程中都有一部分電荷注入或者流出模擬通道(圖6A)。對于開關(guān)連接在高阻輸出的應(yīng)用，這個過程會對理想的輸出信號造成很大變化。在沒有其它負載的情況下，小的寄生電容(CL)將對輸出增加一個ΔVOUT的變化，注入電荷為Q = ΔVOUT x CL)。在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行轉(zhuǎn)換時，用于保持模擬輸出信號的采樣保持放大器就是一個很好的例子(圖6B)。開關(guān)S1導(dǎo)通，將緩存電容C充電到輸入電壓VS。電容C只有幾個皮法，當(dāng)S1斷開時，電容C的電壓保持為VS。在轉(zhuǎn)換時導(dǎo)通S2將保持電壓VH)加到緩沖器上。高阻緩沖器在ADC轉(zhuǎn)換期間將電壓保持在VH)。對于采樣時間很短的應(yīng)用，采樣保持電容值要求非常小，而且開關(guān)S1的RON也要很小。然而，電荷注入會導(dǎo)致VH)有一個±ΔVOUT (幾毫伏)的變化，這會影響后面ADC的準(zhǔn)確度。

圖6A. 開關(guān)控制信號的電荷注入導(dǎo)致的模擬輸出電壓誤差。

圖6B. ADC內(nèi)部典型采樣保持電路需要模擬開關(guān)的精確控制。

漏電流以及對電壓誤差的影響

漏電流會影響模擬開關(guān)的輸出電壓。圖7和圖8給出了模擬開關(guān)在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)下的簡化小信號模型。在兩種情況下，大部分漏電流通過內(nèi)部寄生二極管流出，導(dǎo)致輸出電壓誤差。漏電流隨溫度變化，溫度每變化10°C，漏電流加倍。ESD保護二極管(例如失效保護開關(guān))加大了器件的漏電流。

圖7. 開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)下的等效電路。

圖8. 開關(guān)斷開狀態(tài)下的等效電路。

導(dǎo)通狀態(tài)下的輸出電壓如式3所示，它受漏電流和導(dǎo)通電阻的影響，導(dǎo)通電阻根據(jù)輸入信號、負載電阻、源電阻的不同而不同。對于雙向開關(guān)，ILKG根據(jù)開關(guān)是漏極還是源極作為輸出分別等于IS或ID。

(式3)

斷開狀態(tài)下，輸出電壓理論上受漏電流的影響，計算公式為VOUT = ILKG × RL。

許多IC數(shù)據(jù)手冊給出的是最壞情況下導(dǎo)通關(guān)斷的漏電流。當(dāng)信號電壓達到電源電壓時，大量電流通過寄生二極管注入到基片導(dǎo)致電流流到相鄰?fù)ǖ?。因而設(shè)計者需要注意所使用器件的供電電流上限，避免超過限制。超出限制會永久性損壞器件。在一些用到高輸入阻抗和低失調(diào)誤差的放大器和ADC的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)使用低漏電流的模擬開關(guān)或復(fù)用芯片。

視頻和高頻開關(guān)的特殊需求

對于視頻信號，在導(dǎo)通電阻和寄生電容之間的權(quán)衡非常重要。具有大導(dǎo)通電阻的傳統(tǒng)模擬開關(guān)可以通過外部增益來補償插入損耗。同時，低導(dǎo)通電阻的開關(guān)具有比較大的寄生電容，會降低帶寬和視頻信號的質(zhì)量。低導(dǎo)通電阻開關(guān)需要輸入緩沖器保證帶寬，但會增加器件數(shù)量。

采用n溝道開關(guān)可以提高帶寬，因為寄生元件和封裝可以做到很小，使得單位面積內(nèi)可以集成更多的開關(guān)。但是n溝道開關(guān)限制了軌到軌應(yīng)用。當(dāng)視頻信號超出限制幅度時，輸出會鉗位導(dǎo)致視頻信號失真。當(dāng)選擇n溝道開關(guān)時，要確保開關(guān)的特定限制能夠滿足輸入信號完全通過。

在安防和監(jiān)控系統(tǒng)中，一個監(jiān)示器有多個信號源，隔離度和串?dāng)_是關(guān)鍵參數(shù)。隔離度定義為開關(guān)斷開狀態(tài)下，輸入信號反饋到開關(guān)另一端的強度。在視頻和VHF等典型的高頻應(yīng)用中，信號通過漏源極電容(CDS)耦合，降低了隔離度。與開關(guān)相連電路的更高阻抗也導(dǎo)致隔離度的降低。

T型開關(guān)比較適合視頻及其它高于10MHz的高頻應(yīng)用。它由兩個串聯(lián)的模擬開關(guān)和另外一個連接在它們中間到地的第三個開關(guān)組成(圖9A)。這種排列提供了高于單個開關(guān)的隔離度。由于和每個串聯(lián)開關(guān)并聯(lián)的寄生電容，關(guān)斷的T型開關(guān)的容性串?dāng)_通常隨頻率增加而增加(圖9A)。在多通道開關(guān)中，通道之間的寄生電容會將信號耦合到鄰近通道，因此增加了串?dāng)_。

圖9A所示T型開關(guān)導(dǎo)通時，開關(guān)S1和S1導(dǎo)通，S3斷開。關(guān)斷時，S1和S2斷開，S3導(dǎo)通。在關(guān)斷狀態(tài)，試圖通過串聯(lián)MOSFET的CDS耦合的信號被開關(guān)S3旁路到地。對于10MHz的視頻信號，T型開關(guān)(例如MAX4545)與普通開關(guān)(例如MAX312)的隔離度相差很大：分別為-80dB和-36Db (圖9B)。

最后，可以考慮選擇帶緩沖和不帶緩沖的視頻開關(guān)。普通的無源視頻開關(guān)需要額外電路1。有源視頻開關(guān)集成了開關(guān)和緩沖器，有助于減小信號干擾。集成復(fù)用放大器(例如MAX4310)在高頻應(yīng)用中具有非常高的隔離度。

圖9A. 射頻應(yīng)用中的T型開關(guān)結(jié)構(gòu)。

圖9B. 標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)(MAX312)和視頻開關(guān)(MAX4545，MAX4310)隔離度的對比。

更小封裝

Maxim提供極小封裝的模擬開關(guān)。例如，MAX4696/MAX4697 (1-SPDT)和MAX4688/MAX4698 (1-SPST)都是6焊球UCSP封裝(1.5mm2)。UCSP封裝淘汰了傳統(tǒng)的塑料封裝集成電路，大大節(jié)省空間。表3列舉了一些其它小封裝的模擬開關(guān)。

*最新信息，請參考數(shù)據(jù)手冊。
**典型值。

ESD保護開關(guān)

對于大多數(shù)模擬開關(guān)應(yīng)用，ESD保護是一個重要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的模擬開關(guān)設(shè)計ESD保護電壓為±2kV。設(shè)計者可以額外增加ESD保護，但這會占用單板面積、增大輸入輸出電容。現(xiàn)在，一些開關(guān)設(shè)計采用內(nèi)部二極管，提供高達±15kV的ESD保護電壓。這些器件均通過IEC 61000-4-2規(guī)定的人體模式(±15kV)、接觸放電(典型±8kV)和氣隙放電(±15kV)模式的ESD測試2。

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**典型值。

高達±36V過壓保護的故障保護開關(guān)

模擬開關(guān)的電源電壓限制了所允許的輸入信號電壓范圍(參考信號處理設(shè)計部分)。如果輸入信號電壓超過電源電壓，器件會閉鎖或永久性損壞。通常這個限制不會影響使用，但有些情況下信號會在開關(guān)斷電的時候作用到器件輸入(當(dāng)系統(tǒng)上電順序?qū)е螺斎胄盘栐谄骷想娡瓿芍凹虞d時)。信號瞬間超過供電電壓也會導(dǎo)致器件閉鎖或永久損壞。新的帶故障保護的開關(guān)提供高達±36V的過壓保護，斷電狀態(tài)下達到±40V，同時提供滿擺幅信號處理能力和低導(dǎo)通電阻。而且，不論開關(guān)處于何種狀態(tài)、負載電阻大小，故障狀態(tài)下，輸入端均為高阻態(tài)，從源端流出的漏電流也只有幾個納安。

圖10所示是故障保護模擬開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果開關(guān)(P2或N2)導(dǎo)通，COM輸出端將被兩個內(nèi)部“自舉”FET鉗位到電源電壓，使COM輸出保持在電源電壓以內(nèi)，并根據(jù)負載提供最大±13mA的電流，但是NO/NC引腳的電流并不大。注意，信號在有ESD保護或故障保護的開關(guān)中可以雙向傳輸，但故障保護只作用在輸入端3。

圖10. 故障保護模擬開關(guān)內(nèi)部特殊電路結(jié)構(gòu)。

許多雙電源開關(guān)要求正電源先于負電源上電，以避免器件閉鎖或損壞。有些開關(guān)則不要求上電時序，如MAX14752復(fù)用器。MAX14752與工業(yè)器件DG408/DG409管腳兼容，并且內(nèi)部輸入端的二極管為開關(guān)提供過壓/欠壓保護。

表5列出了Maxim的一些故障保護開關(guān)，MAX4511/MAX4512/MAX4513與DG411–413以及器件DG201/DG202/DG213引腳兼容。

*最新信息，請參考數(shù)據(jù)手冊。

加載/感應(yīng)開關(guān)對系統(tǒng)精度的影響

電壓和電流測試系統(tǒng)中存在大量的連接技術(shù)，例如，常見的2線、3線和4線系統(tǒng)，它們在精度和復(fù)雜度方面有很大差別。對于精度要求不是過高的系統(tǒng)，可采用2線連接，如圖11所示。這種技術(shù)在加載線的源端檢測負載電壓，負載電壓可能遠遠低于源端電壓，因為如果相對較大的驅(qū)動電流流過線路阻抗，將產(chǎn)生較大的壓降。引線越長、負載電流越大、引線電阻越大，所產(chǎn)生的壓降越大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的測量誤差。3線系統(tǒng)可以提高精度，4線加載/感應(yīng)技術(shù)則可達到更高精度。

圖11. 當(dāng)高精度要求不嚴(yán)格時使用2線測量系統(tǒng)。

4線加載/感應(yīng)技術(shù)(圖12)使用兩根線傳輸驅(qū)動電壓或電流，另外兩根線直接連接到負載測量負載電壓。模擬加載/感應(yīng)開關(guān)在同一封裝內(nèi)采用不同的開關(guān)類型，例如MAX4554系列配置為加載/感應(yīng)開關(guān)，設(shè)計用于開爾文檢測自動測試設(shè)備(ATE)。每個器件包含一路低阻、大電流開關(guān)，用作電流加載線或用于檢測電壓或切換保護信號的高阻開關(guān)。大電流開關(guān)的導(dǎo)通電阻只有6Ω，感應(yīng)開關(guān)在±15V供電時的導(dǎo)通電阻達到60Ω。加載/感應(yīng)開關(guān)適用于高精度測量系統(tǒng)，例如納伏表和毫安表等。它們也簡化了許多應(yīng)用，例如在4線系統(tǒng)中切換一個驅(qū)動源和兩個負載，如圖13所示。

圖12. 4線加載/感應(yīng)測試技術(shù)。

圖13. 使用MAX4555將4線測試電路從一個源端切換到兩個負載。

多通道應(yīng)用中的復(fù)用器和交叉開關(guān)

復(fù)用器是一種特殊的模擬開關(guān)，有兩個或更多輸入端連接到一個輸出端。復(fù)用器可以是一個簡單的SPDT開關(guān)或用于多個選通通道的組合(圖14)。利用數(shù)字輸入選擇通道(例如8通道復(fù)用器中的三個數(shù)字輸入端)，這些更高階的復(fù)用器數(shù)字控制如同2進制解碼器。

分配器是復(fù)用器反向使用。根據(jù)解碼地址，將一路輸入連接到兩路或多路輸出。許多復(fù)用器也可以用作分配器。

圖14. 低壓復(fù)用器(上)和中壓復(fù)用器(下)的結(jié)構(gòu)。

表6列出了Maxim的一些交叉開關(guān)。許多開關(guān)在老一代基礎(chǔ)上增強了功能設(shè)計。如MAX4360是MAX458的替代型號。

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交叉點開關(guān)用于音/視頻切換、視頻點播、安防和監(jiān)控系統(tǒng)。交叉開關(guān)通常是一個M × N的器件，任何一路或所有輸入可以連接到任何一路或所有輸出(反之亦然)。這些器件可以組成一個大型陣列4。

校準(zhǔn)型復(fù)用器平衡ADC失調(diào)和增益誤差

校準(zhǔn)型復(fù)用器用于精密ADC或自監(jiān)控系統(tǒng)。它們在單芯片內(nèi)集成了多個器件：從輸入基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生精確比例電壓的模擬開關(guān)、內(nèi)部精密電阻分壓器、在不同輸入間進行選擇的復(fù)用器。

校準(zhǔn)復(fù)用器可以平衡ADC系統(tǒng)的兩個主要誤差：失調(diào)和增益誤差。在微控制器串口控制下，通過幾個簡單的測試步驟，借助內(nèi)部精密分壓器可以測量增益和失調(diào)。得到了ADC的失調(diào)和增益誤差后，系統(tǒng)軟件利用校準(zhǔn)系數(shù)即可調(diào)整最終輸出，得到準(zhǔn)確的測試結(jié)果。校準(zhǔn)復(fù)用器是一種便利的復(fù)用器件，并可周期性地進行系統(tǒng)校準(zhǔn)5。 圖15給出了MAX4539的框圖。

圖15. 低壓校準(zhǔn)復(fù)用器MAX4539的內(nèi)部框圖。

MAX4539和MAX4540分別兼容于MAX4578和MAX4579，MAX4539和MAX4540采用2.7V至12V單電源供電或±2.7V至±6V雙電源供電。MAX4578和MAX4579作為高電壓應(yīng)用，可以工作在4.5V到36V單電源或±4.5V到±20V雙電源。

USB開關(guān)提升系統(tǒng)通信能力

通用串行總線(USB)是一種高速接口，通過標(biāo)準(zhǔn)接口支持不同設(shè)備之間的通信；也可以通過一個USB主設(shè)備給一個USB從設(shè)備供電。多個USB設(shè)備可以連接到計算機，模擬開關(guān)用于建立USB信號與不同設(shè)備之間的路徑。6大部分新型USB應(yīng)用還需要通過USB接口給便攜設(shè)備充電7。USB2.0規(guī)范用于處理高速信號，需要寬帶、低電容模擬開關(guān)，如MAX14531E。Maxim提供符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)(表7)，滿足USB2.0高速(480Mbps)應(yīng)用要求。

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**典型值。

HDMI開關(guān)增強數(shù)字音/視頻信號處理

高清多媒體接口(HDMI)是一種用于切換未經(jīng)壓縮的數(shù)字音頻/視頻信號的高速接口。該接口用于支持高清電視(HDTV)、DVD播放器及其它HDMI兼容設(shè)備、PC機、筆記本電腦和平板電腦之間的互聯(lián)。

HDMI接口包括四對低壓差分信號(LVDS)，用于紅、綠、藍(RGB)視頻通道和一個專用的時鐘信號。理想的HDMI開關(guān)包含四路差分對的1:2或2:1開關(guān)，采用n溝道結(jié)構(gòu)確保低電容、低導(dǎo)通電阻(如MAX4886)特性8。

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**典型值。

DisplayPort和PCIe開關(guān)改善點對點連接性能

外設(shè)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)PCIe是一個串行接口(PCI Express?接口)用于支持高性能加速圖形端口(AGP)應(yīng)用，PCI Express開關(guān)實現(xiàn)單個或多個總線的互聯(lián)。其基本應(yīng)用是切換DisplayPort圖形、PC和筆記本電腦擴展卡接口以及服務(wù)器。

有些PCIe開關(guān)設(shè)計用于在兩個終端之間切換數(shù)據(jù)，例如，MAX4928A和MAX4928B支持信號在圖形存儲控制集線器(GMCH)和DisplayPort或PCIe連接器之間切換信號9。

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**典型值。

用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備的高壓開關(guān)

高壓(HV)模擬開關(guān)非常適合工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用。例如，在超聲應(yīng)用中，高壓脈沖(±100V)被施加到傳感器上，產(chǎn)生超聲波。高壓模擬開關(guān)在傳感器和主系統(tǒng)之間切換這些脈沖信號。這些開關(guān)通常在整個輸入范圍內(nèi)具有低電容、平坦的導(dǎo)通電阻等特性。高壓開關(guān)通常具有較低的電荷注入，以避免錯誤的信號傳輸或產(chǎn)生圖像偽影。許多高壓開關(guān)部件可以使用SMBus或SPI接口編程10、11。 表10列出了Maxim的高壓開關(guān)。

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結(jié)論

本文介紹了當(dāng)前多種類型的模擬開關(guān)。近期模擬開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得集成模擬開關(guān)能夠提供更好的開關(guān)特性，可以工作在更低或更高的電源電壓，并能滿足某些特定應(yīng)用的需求。

審核編輯：郭婷