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数据采集与处理技术模拟多路开关第第3章章模拟多路开关模拟多路开关3.2多路开关的工作原理及多路开关的工作原理及主要技术指标主要技术指标3.3多路开关集成芯片多路开关集成芯片3.4多路开关的电路特性多路开关的电路特性3.5多路开关的配置多路开关的配置3.6模拟多路开关的应用模拟多路开关的应用3.1概述概述数据采集与处理技术模拟多路开关3.1概述概述多路开关：

多路开关：

在多路在多路被测信号共用一路被测信号共用一路A/DA/D转换器的数据采转换器的数据采集系统中，用来将集系统中，用来将多路被测信号分别多路被测信号分别传送到传送到A/DA/D转换器进转换器进行转换，以便计算行转换，以便计算机能对多路被测信机能对多路被测信号进行处理。

号进行处理。

四选一多路开关四选一多路开关D0D1D2D3A1A2Y多路开关：

多路开关：

数据采集与处理技术模拟多路开关u机电式机电式：

用于大电流、高电压，低用于大电流、高电压，低速切换场所；速切换场所；u电子式电子式：

用于小电流、低电压，高：

用于小电流、低电压，高速切换场所。

速切换场所。

类型：

类型：

机电式：

机电式：

电子式：

电子式：

电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。

寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。

3.1概述概述多路开关：

多路开关：

数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：

电子多路开关根据结构可分为：

BECNPNBECPNPu场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）双极型晶体管双极型晶体管3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：

电子多路开关根据结构可分为：

u场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：

电子多路开关根据结构可分为：

u场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关GSDGSDGSDGSDN沟道耗尽型沟道耗尽型P沟道耗尽型沟道耗尽型N沟道增强型沟道增强型P沟道增强型沟道增强型绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构电子多路开关根据结构可分为：

可分为：

u场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关PMOS和NMOS结合可以构成CMOS（互补对称MOS：

ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体）CMOS型场效应管开关型场效应管开关的优点：

的优点：

n导通电阻导通电阻RONRON随信号电随信号电压变化波动小；压变化波动小；信号信号电压电压RONNMOSPMOSCMOS数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构电子多路开关根据结构可分为：

可分为：

u场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关PMOS和NMOS结合可以构成CMOS（互补对称MOS：

ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体）CMOS型场效应管开关型场效应管开关的优点：

的优点：

n开关接通时间短，小开关接通时间短，小于于100ns100ns；n功耗低；功耗低；n工作电压范围宽工作电压范围宽n抗干扰能力强抗干扰能力强n温度稳定性能好温度稳定性能好n易于和驱动电路集成易于和驱动电路集成数据采集与处理技术模拟多路开关u双极性晶体管开关双极性晶体管开关电子多路开关根据结构可分为：

电子多路开关根据结构可分为：

u场效应晶体管开关场效应晶体管开关结型结型绝缘栅型绝缘栅型（MOS）3.1概述概述多路开关：

多路开关：

u集成电路开关集成电路开关集成电路开关集成电路开关是将场是将场效应管、地址计数器、效应管、地址计数器、译码器及控制电路等译码器及控制电路等集成制造在一块芯片集成制造在一块芯片上而构成的器件。

上而构成的器件。

特点：

特点：

除了具有场效除了具有场效应管的特性之外，还应管的特性之外，还具有体积小、使用方具有体积小、使用方便等优点。

便等优点。

数据采集与处理技术模拟多路开关3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理u双极型晶体管开关双极型晶体管开关其工作原理如下：

其工作原理如下：

设选择第设选择第1路模拟信号。

则路模拟信号。

则令通道控制信号令通道控制信号UC1=0，晶晶体管体管T1截止，集电极为高截止，集电极为高电平，晶体管电平，晶体管T1导通，输导通，输入信号电压入信号电压Ui1被选中被选中。

+15V+15VT1T1T8T8.通道选择通道选择11通道选择通道选择88Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模拟信号模拟信号11模拟信号模拟信号88双极型晶体管开关电路双极型晶体管开关电路VDD同理，当令通道控制信号同理，当令通道控制信号UC2=0时，则选中第时，则选中第2路模路模拟信号，拟信号，UO=Ui2。

数据采集与处理技术模拟多路开关3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理u双极型晶体管开关双极型晶体管开关+15V+15VT1T1T8T8.通道选择通道选择11通道选择通道选择88Ui1UC8UC1Ui8R11R2118R28RUo模拟信号模拟信号11模拟信号模拟信号88双极型晶体管开关电路双极型晶体管开关电路VDD注意：

注意：

在控制信号在控制信号UC1UC8中不能同时有两个或中不能同时有两个或两个以上为两个以上为0。

优点：

优点：

开关速度快。

开关速度快。

缺点：

缺点：

电流控制器件，功电流控制器件，功耗大，集成度低，一耗大，集成度低，一个方向传送信号。

个方向传送信号。

漏电流大，开路电漏电流大，开路电阻小，导通电阻大。

阻小，导通电阻大。

数据采集与处理技术模拟多路开关u场效应管开关场效应管开关结型场效应管开关结型场效应管开关工作原理如下：

工作原理如下：

设选择第设选择第1路信号。

则令通道路信号。

则令通道控制信号控制信号UC1=1，开关控制管，开关控制管T1导通，集电极为低电平，导通，集电极为低电平，场效应管场效应管T1导通，导通，UO=Ui1。

当当UC1=0时，时，T1截止，截止，T1也也截止，第截止，第1路输入信号被切断。

路输入信号被切断。

3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理其他各路操作与第一路相同。

其他各路操作与第一路相同。

.T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道选择通道选择11通道选择通道选择88UoR1828R11R21R结型场效应管多路开关结型场效应管多路开关VDDVDD数据采集与处理技术模拟多路开关u场效应管开关场效应管开关结型场效应管开关结型场效应管开关3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理.T1T1T8T8Ui1Ui8UC1UC8通道选择通道选择11通道选择通道选择88UoR1828R11R21R结型场效应管多路开关结型场效应管多路开关VDDVDD优点：

优点：

开关切换速度快，导开关切换速度快，导通电阻小，可两个方通电阻小，可两个方向传送信号。

向传送信号。

缺点：

缺点：

为分立元件，需专门为分立元件，需专门的电平转换电路驱动，的电平转换电路驱动，使用不方便。

使用不方便。

数据采集与处理技术模拟多路开关u场效应管开关场效应管开关绝缘栅场效应管开关绝缘栅场效应管开关3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理其工作原理与结型场效其工作原理与结型场效应管多路开关类似。

应管多路开关类似。

+4V+4V-20V-20VT1T1T8T8R11R21R18R28UoUi1UC1Ui8UC8.绝缘栅场效应管多路开关绝缘栅场效应管多路开关优点：

优点：

开关切换速度快，导通电开关切换速度快，导通电阻小，且随信号电压变化阻小，且随信号电压变化波动小；易于和驱动电路波动小；易于和驱动电路集成。

集成。

缺点：

缺点：

衬底要有保护电压，衬底要有保护电压，P沟沟道加正电压，道加正电压，N沟道加负沟道加负电压。

电压。

数据采集与处理技术模拟多路开关u集成电路开关集成电路开关3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标1.多路开关工作原理多路开关工作原理1231516.四-十六线译码器四位计数器T1T2T3T15T16U0Ui3Ui2Ui1Ui15i16U计数23222120.集成多路开关集成多路开关工作原理如下：

工作原理如下：

设选择第设选择第1路信号。

则计算机输路信号。

则计算机输出一个出一个4位二进制码，把计数器位二进制码，把计数器置成置成0001状态，经四状态，经四-十六线译十六线译码器后，第码器后，第1根线输出高电平，根线输出高电平，场效应管场效应管T1导通，导通，UO=Ui1，选，选中第中第1路信号。

路信号。

如果要连续选通第如果要连续选通第1路到第路到第3路的路的信号，可以在计数器加入计数脉信号，可以在计数器加入计数脉冲，每加入一次脉冲，计数器加冲，每加入一次脉冲，计数器加1，状态依次变为，状态依次变为0001，0010，0011。

数据采集与处理技术模拟多路开关2.多路开关的主要指标多路开关的主要指标uRON：

导通电阻；：

导通电阻；3.2多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的工作原理及主要技术指标多路开关的导通电阻多路开关的导通电阻RON（一般为数（一般为数1010至至1k1k左左右）比机械开关的接触电阻（一般为右）比机械开关的接触电阻（一般为mm量级）大量级）大得多，对自动数据采集的信号传输精度或程控制增得多，对自动数据采集的信号传输精度或程控制增益放大的增益影响较明显。

益放大的增益影响较明显。

而且而且RON随电源电压高低、传输信号的幅度等的变随电源电压高低、传输信号的幅度等的变化而变化，因而其影响难以进行后期修正。

化而变化，因而其影响难以进行后期修正。

实践中一般是设法减小实践中一般是设法减小RON来降低其影响。

来降低其影响。

以以CD4051为例，测试发现：

为例，测试发现：

CD4051的的RON随电源电压和输入模拟电随电源电压和输入模拟电压的变化而变化。

当压的变化而变化。

当VDD=5V、VEE=0V时，时，RON=280，且随，且随Vi的的变化突变；当变化突变；当VDD10V、VEE=0V时，时，RON=100，且随，且随Vi的变化缓的变化缓变。

可见，适当提高变。

可见，适当提高CD4051的的VDD有利于减小有利于减小RON的影响。

的影响。

数据采集与处理技术模拟多路开关2.多路开关的主要指标多路开关的主要指标uRON：

导通电阻；：

导通电阻；uRONVS：

导通电阻温度漂移；：

导通电阻温度漂移；uIC：

开关接通电流；：

开关接通电流；uIS：

开关断开时的泄漏电流；：

开关断开时的泄漏电流；uCS：

开关断开时，开关对地电容；：

开关断开时，开关对地电容；uCOUT：

开关断开时，输出端对地电容；：

开关断开时，输出端对地电容；utON：

选通