数据采集与处理模拟多路开关.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,SDUT,数据采集与处理,3.1,概述,3.2,多路开关的工作原理及主要技,术指标,3.3,多路开关集成芯片,第,3,章,模拟多路开关,3.4,多路开关的电路特性,3.5,多路开关的配置,3.6,模拟多路开关的应用,3.1 概述,第,3,章 模拟多路开关,作用：,将多路被测信号分别传送到,A/D,转,换器进行转换。,机电式：,电子式：,类型,用于大电流、低速切换,用于小电流、高速切换,3.1,概 述,双极性晶体管开关,场效应晶体管开关,电子式类型,结型,绝缘栅型,集成电路开关,多路开关的工作原理及主要技术指标,第,3,章 模拟多路开关,1.,多路开关工作原理,双极型晶体管开关,其工作原理如下：,设选择第,1,路模拟信号。,则令通道控制信号,U,C,1,=0,，,晶体管,T,1,截止，,集电极为高电平，晶体管,T,1,导通，输入信号电压,U,i,1,被选中,。,多路开关的工作原理及主要技术指标,同理：,当令通道控制信号,U,C,2,=0,时，则选,中第,2,路模拟信号，,U,O,=,U,i,2,。,注意：,在控制信号,U,C,1,U,C,8,中不能同时有,两个或两个以上为,0,。,优点：,缺点：,电流控制器件，功耗大，集成度,低，一个方向传送信号。,漏电流大，开路电阻小，导通电,阻大。,开关速度快。,多路开关的工作原理及主要技术指标,2.,场效应管开关,结型场效应晶体管开关,开关电路如图所示。,工作原理如下：,设选择第,1,路信号。,则令通道控制信号,U,C,1,=1,，,则开关控制管,T,1,导通，集电极为低电平，场效应管,T,1,导通,，,U,O,=,U,i,1,。,当,U,C,1,=0,时,，,T,1,截止，,T,1,也截止，第,1,路输入信号被,切断。,为了便于讨论，模拟多路开关中的一个开,6 模拟多路开关的应用,1和5,多路开关的电路特性,形成一个误差电压UOE。,将3n个通道分,1,出到上的信号减小，因此,无译码器的多路开关,17(a)的信号地与模拟地很接近，但实际很难做到。,每一个开关可单独通断，也可同,4 多路开关的电路特性,0 0 0,0,CS：开关断开时，开关对地电容；,UC1=0，晶体管T1截止，,AD7503 除EN 端的控制逻辑电平相,时通断，使用方式比较灵活。,多路开关的工作原理及主要技术指标,优点：,缺点：,开关切换速度快，导通电阻小，可,两个方向传送信号。,为分立元件，需专门的电平转换电,路驱动，使用不方便。,绝缘栅场效应管开关,多路开关的工作原理及主要技术指标,其工作原理与结,型场效应管多路开关,类似。,多路开关的工作原理及主要技术指标,优点：,缺点：,3.,集成电路开关,集成电路开关,将多路开关、计数器、,译码器制造在一个芯,片上。,开关切换速度快，导通电阻小，且,随信号电压变化波动小；易于和驱,动电路集成。,衬底要有保护电压。,多路开关的工作原理及主要技术指标,工作原理如下：,设选择第,1,路输入信号，,则计算机输出一个,4,位二进,制码，把计数器置成,0001,状态，经四 十六线,译码器后，第,1,根线输出高,电平，场效应管,T,1,导通，,U,O,=,U,i,1,，选中第,1,路信号。,如果要连续选通第,1,路到,第,3,路的信号，可以在计数器,加入计数脉冲，每加入一次,脉冲，计数器加,1,，状态依次,变为,0001,，,0010,，,0011,。,多路开关的工作原理及主要技术指标,2.,多路开关的主要指标,R,ON,：,导通电阻,；,R,ONVS,：,导通电阻温度漂移,；,I,C,：,开关接通电流,；,I,S,：,开关断开时的泄漏电流,；,C,S,：,开关断开时，开关对地电容,；,C,OUT,：,开关断开时，输出端对地电容,；,第,3,章 模拟多路开关,3.3,多路开关集成芯片,1.,无译码器的多路开关,开关类型：,TL182C，AD7510，AD7511，AD7512,等,。,多路开关集成芯片,芯片中无译码,器，四个通道开关,都有各自的控制端。,多路开关集成芯片,优点：,每一个开关可单独通断，也可同,时通断，使用方式比较灵活。,缺点：,引脚较多，使得片内所集成的开关较少。,当巡回检测点较多时，控制复杂。,2.,有译码器的多路开关,AD7501（AD7503）,多路开关集成芯片,片上所有逻辑输入与,TTLDTL,及,CMOS,电路兼容,。,多路开关集成芯片,表,3.1 AD7501,真值表,导通,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,无,多路开关集成芯片,AD7503,除,EN,端的控制逻辑电平相,反外,其它与,AD7501,相同,。,AD7502,多路开关集成芯片,表,3.2 AD7502,真值表,接通通道,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,和,5,2,和,6,3,和,7,4,和,8,无,多路开关集成芯片,注意：,AD7501，AD7502，AD7503,芯片都,是单向多到一的多路开关，即信号只允许,从多个,(8,个,),输入端向一个输出端传送。,CD4501,多路开关集成芯片,CD4501,为,8,通道单刀结构形式，它允许双,向使用，即可用于多到一的切换输出，也可用,于一到多的输出切换。,多路开关集成芯片,表,3.3 CD4501,真值表,C,B,A,接通通道,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,S,0,S,1,S,2,S,3,S,4,S,5,S,6,S,7,无,多路开关集成芯片,CD4502,多路开关集成芯片,表,3.4 CD4502,真值表,输 入,接通通道,A B,X Y,0 0 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,1 ,0 0,1 1,2 2,3 3,均不通,3.4,多路开关的电路特性,为了便于讨论，模拟多路开关中的一个开,关用图,所示的等效电路来表示。,第,3,章 模拟多路开关,多路开关的电路特性,R,S,为信号源内阻,，,C,I,为开关的输入电容,，,R,ON,是开关的导通电阻，,R,OFF,是开关断开时的电,阻,，,C,IO,是跨接在开关输入与输出端上的电容,，,C,O,是输出电容,，,R,L,和,C,L,为负载的电阻和电容。,多路开关的电路特性,1.,漏电流,漏电流,通过断开的模拟开关的电流，用,I,S,表示。,多路开关的电路特性,在,n,个模拟开关的,并联组合中，当一个开,关导通时，其它,n,1,个,开关是断开的，未导通,开关的漏电流将通过导,通的开关流经信号源，,如图所示。,这样，将在输出端,形成一个误差电压,U,OE,。,多路开关的电路特性,输出端的误差电压：,式中,I,S,单个开关的漏电流。,举例：,如用两个,AD7503,构成,16,路输入通道。由表,可知,，AD7503,每个通道断开时的漏电流,I,S,=2,n,A,（25），,其导通内阻,R,ON,=300,，,设,R,S,=1000,，,则由式,(3-1),可以算出漏电流引起,的输出误差电压为：,多路开关的电路特性,设该系统的满量程输入电压为,100mV,，,采用,12,位,AD,转换器，每个量化级是,V,，,则误差电压大于系统的量化单位。,如果通道数增加或信号源内阻很大时，情况还要严重。,改进的方法：,采用分级结合电路。,多路开关的电路特性,将,3,n,个通道分,成,3,组,，,再用,3,个第,二级的开关接到输,出端。这样将使流,到输出端的漏电流,由,(3,n,1),降到,(,n,1),，,差不多减,至,多路开关的电路特性,2.,动态响应,响应参数,开关切换时间（设定时间）,开关闭合后系统带宽,多路开关的电路特性,设定时间,t,S,设,C,I,R,S,+,R,ON,根据负载效应误差，在下级,提高增益来补偿,【例3.2】,设某通道,R,S,=300,，,R,ON,=200,，,R,L,=5M,，,求误差,。,多路开关的电路特性,解：,负载效应误差,=,4.,串扰,串扰,断开通道的信号电压耦合到接,收通道引起的干扰。,多路开关的电路特性,分析串扰的等效电路如图所示,。,多路开关的电路特性,可知,减小,R,S2,与,R,ON,，有利于减小串扰。,加大,C,L,也能减小串扰，但不利于,动态响应。,3.5,多路开关的配置,1.,单端接法,单端接法,把所有输入信号源的一端,接至同一信号地，另一端,各自接至多路开关的相应,输入端。,如图所示,。,第,3,章 模拟多路开关,多路开关的配置,图,3.17(a),的信号地与模拟地很接近，但实际很难做到。,-,+,U,O,.,.,.,.,.,.,.,.,.,-,+,U,O,.,.,.,模拟地,模拟地,信号地,U,S1,R,S1,U,S2,R,S2,U,S,n,R,S,n,U,S1,R,S1,U,S2,R,S2,U,S,n,R,S,n,U,c,m,1,R,f,R,f,(a),(b),图3.17 单端接法,U,c,m,U,c,m,2,U,c,mn,图,3.17(b),的信号地与模拟地相离较远,。,优点：,缺点：,能使用系统的全部通道。,抗共模干扰能力差。,2.,双端接法,双端接法,把所有输入信号源的两,端各自分别接至多路开,关的输入端。,多路开关的配置,多路开关集成芯片,0,关用图所示的等效电路来表示。,加大CL 也能减小串扰，但不利于,2 2,开关切换速度快，导通电阻小，可,多路开关的电路特性,多路开关集成芯片,其工作原理与结,RL=5M ，求误差。,多路开关的工作原理及主要技术指标,3 多路开关集成芯片,解：当RS=0 时,多路开关集成芯片,出到上的信号减小，因此,双端接法如图所示,。,多路开关的配置,-,+,U,S1,R,S1,U,S2,R,S2,R,Sn,U,S,n,U,cm1,U,cm2,U,cmn,U,O,R,f,图3.18 双端接法,优点：,缺点：,注意：,当信号源的信噪比较小时，必须,使用此接法。,抗共模干扰能力强。,只能使用系统的一半通道。,多路开关的配置,