模擬開關(guān)在從大量不同輸入中進(jìn)行選擇時(shí)的基本原理和要求。雖然這些與所有應(yīng)用程序相關(guān)，但從某些特定應(yīng)用程序來看，需要考慮一些額外的要求。在切換RF或音頻信號(hào)以及多路復(fù)用I2C信號(hào)時(shí)尤其如此。

傳輸或切換模擬信號(hào)時(shí)，保持信號(hào)完整性是關(guān)鍵。當(dāng)處理模擬信號(hào)時(shí)，它們可以被放大、衰減和延遲。因此，設(shè)計(jì)人員需要在這些效應(yīng)之間找到適當(dāng)?shù)钠胶猓源_保相應(yīng)應(yīng)用的安全運(yùn)行。

一些具體效果可以是：

由于開關(guān)中的高歐姆連接導(dǎo)致電壓下降，導(dǎo)致目標(biāo)設(shè)備輸入端的電壓電平不足

開關(guān)后立即出現(xiàn)強(qiáng)烈的電壓過沖，導(dǎo)致所連接設(shè)備損壞或操作不安全

由于沒有電源和有源輸入而導(dǎo)致的內(nèi)部行為不受控制。

在構(gòu)建模擬開關(guān)時(shí)，有多種方法可以配置開關(guān)信號(hào)以滿足各自的應(yīng)用要求。例如：

低歐姆模擬通道 – 為了在信號(hào)路徑中實(shí)現(xiàn)非常低的電壓損耗，調(diào)整管可以設(shè)計(jì)為低歐姆電阻 （< 1 Ω）。這可以通過擴(kuò)展調(diào)整管的通道在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但與更高的通道電容有關(guān)，這可能導(dǎo)致開關(guān)瞬變

有限的電壓過沖 – 結(jié)合快速開關(guān)，可以在開關(guān)中實(shí)現(xiàn)專用控制電路，以防止過沖

省電模式 – 有源輸入不應(yīng)引起不必要的行為，例如喚醒或VCC由輸出端連接的有源信號(hào)驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致需要斷電保護(hù)。

模擬開關(guān)的特征行為和特點(diǎn)

模擬開關(guān)可以內(nèi)置各種功能和特性，以根據(jù)專用要求優(yōu)化其行為。例如，考慮子系統(tǒng)IC前面的開關(guān)，其中開關(guān)由微控制器控制。在上電階段，開關(guān)和子系統(tǒng)仍處于斷電模式，而驅(qū)動(dòng)開關(guān)數(shù)字輸入信號(hào)的微處理器已經(jīng)處于活動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)然，避免通過開關(guān)的數(shù)字輸入及其內(nèi)部ESD箝位二極管喚醒子系統(tǒng)非常重要。預(yù)防機(jī)制稱為故障安全邏輯。內(nèi)部電路阻止輸入連接到 V抄送器件斷電時(shí)的電源引腳。該方案如圖 1 所示。

當(dāng)連接的輸入設(shè)備為 V 供電時(shí)，也會(huì)發(fā)生類似的效果抄送通過其模擬輸入引腳為開關(guān)供電。緩解效果稱為斷電保護(hù)，如圖2所示。

模擬信號(hào)開關(guān)質(zhì)量的另一個(gè)重要方面可以在模擬多路復(fù)用器的行為中找到，其中選擇多個(gè)模擬輸入中的一個(gè)并將其連接到模擬輸出。用于緩解通道電流注入的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，并在上一篇博客“當(dāng)您的開關(guān)選擇不是二元決策時(shí)”中進(jìn)行了介紹。

相關(guān)應(yīng)用實(shí)例

射頻信號(hào)切換

切換RF信號(hào)時(shí)，信號(hào)完整性很重要，因?yàn)轭l率很高，信號(hào)很脆弱。在下面的示例中，RF輸入信號(hào)被添加到DAC輸出或切換到GND。產(chǎn)生的信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制RF輸出信號(hào)的y MOSFET。由于RF信號(hào)的頻率很高，開關(guān)的任何開關(guān)瞬變都會(huì)干擾RF輸出信號(hào)，因此必須抑制開關(guān)的任何過沖或下沖行為。在本例中，Nexperia的低阻值單刀雙擲模擬開關(guān)XS5A1T4157可確保無過沖的精確開關(guān)，使其成為此應(yīng)用案例的理想解決方案。

切換音頻信號(hào)

只有傳輸全電壓幅度，才能提供高質(zhì)量的音頻信號(hào)。信號(hào)路徑中的任何損耗都會(huì)使信號(hào)質(zhì)量失真并降低帶寬。因此，如果需要切換信號(hào)，開關(guān)必須盡可能低的歐姆。開關(guān)的非選定信號(hào)路徑必須具有高阻抗，以避免串?dāng)_效應(yīng)。圖 5 中所示的示例顯示了用于打開或關(guān)閉音頻系統(tǒng)耳機(jī)的開關(guān)。由于開關(guān)僅用于開/關(guān)開關(guān)，并且在工作期間保持靜態(tài)，因此只需要低歐姆，而不一定具有低過沖。Nexperia針對(duì)這種情況的解決方案可能是低阻值SPDT模擬開關(guān)XS3A1T3157，帶和R上值通常為 0.5 Ω，確保極低的壓降。

多路復(fù)用I2C信號(hào)

I2C為漏極開路總線協(xié)議。雖然高電平是通過永久激活的上拉源和電阻產(chǎn)生的，但參與者可以主動(dòng)下拉時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的電壓電平。這意味著它們需要將上拉電路的電壓降低到較低水平，特別是接收器側(cè)的上拉電路。而傳輸線另一端的接收器需要識(shí)別低電平。I2C傳輸在較長傳輸線上的一個(gè)常見問題是線路上的壓降。如果太高，則接收器電壓不夠低，無法識(shí)別為低。因此，I2C網(wǎng)絡(luò)中的傳輸線和開關(guān)器件必須為低歐姆。

如圖6所示的可能的I2C網(wǎng)絡(luò)配置使用模擬開關(guān)在四個(gè)目標(biāo)器件之間進(jìn)行分離。如果目標(biāo)設(shè)備具有相同的I2C地址或地址范圍有限，則需要這樣做。選擇通道需要兩個(gè)額外的選擇信號(hào)，并且可以使用一個(gè)使能引腳來使能或禁用器件。由于低歐姆通道連接<1 Ω，開關(guān)不會(huì)影響I2C總線上的信號(hào)完整性。

審核編輯：郭婷