整理常用CMOS模拟开关功能和原理.docx
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整理常用CMOS模拟开关功能和原理
常用CMOS模拟开关功能和原理（4066，4051-53）
开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。
最常见的可控开关是继电器,当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时,继电器就吸合或释放,其触点接通或断开电路。
CMOS模拟开关是一种可控开关,它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合,只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。
一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理
1.四双向模拟开关CD4066
CD4066的引脚功能如图1所示。
每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。
当控制端加高电平时,开关导通;当控制端加低电平时开关截止。
模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。
模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。
各开关间的串扰很小,典型值为－50dB。
2.单八路模拟开关CD4051
CD4051引脚功能见图2。
CD4051相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的3位地址码ABC来决定。
其真值表见表1。
“INH”是禁止端,当“INH”=1时,各通道均不接通。
此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。
例如,若模拟开关的供电电源VDD=＋5V,VSS=0V,当VEE=－5V时,只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号,就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。
表1
输入状态
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
“0”
0
0
0
1
“1”
0
0
1
0
“2”
0
0
1
1
“3”
0
1
0
0
2）应用环境质量标准时，应结合环境功能区和环境保护目标进行分级。
“4”
4.选择评价方法0
1
0
（4）建设项目环境保护措施及其技术、经济论证。
1
安全评价的基本原则是具备国家规定资质的安全评价机构科学、公正和合法地自主开展安全评价。
“5”
4.环境保护地方性法规和地方性规章0
对于不同的评价单元，可根据评价的需要和单元特征选择不同的评价方法。
1
建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据，环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。
1
2.建设项目环境影响评价文件的报批时限0
“6”
0
1
[例题-2005年真题]《中华人民共和国环境影响评价法》规定，建设项目可能造成轻度环境影响的，应当编制（ ）。
1
（2）区域、流域、海域的建设、开发利用规划。
环境影响篇章或说明1
“7”
1
均不接通
3.双四路模拟开关CD4052
CD4052的引脚功能见图3。
CD4052相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码AB来决定。
其真值表见表2。
表2
输入状态
接通通道
INH
B
A
0
0
0
“0”X、“0”Y
0
0
1
“1”X、“1”Y
0
1
0
“2”X、“2”Y
0
1
1
“3”X、“3”Y
1
均不接通
4.三组二路模拟开关CD4053
CD4053的引脚功能见图4。
CD4053内部含有3组单刀双掷开关,3组开关具体接通哪一通道,由输入地址码ABC来决定。
其真值表见表3。
表3
输入状态
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
cX、bX、aX
0
0
0
1
cX、bX、aY
0
0
1
0
cX、bY、aX
0
0
1
1
cX、bY、aY
0
1
0
0
cY、bX、aX
0
1
0
1
cY、bX、aY
0
1
1
0
cY、bY、aX
0
1
1
1
cY、bY、aY
1
均不接通
5.十六路模拟开关CD4067
CD4067的引脚功能见图5。
CD4067相当于一个单刀十六掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码ABCD来决定。
其真值表见表4。
表4
D
C
B
A
INH
接通通道
0
0
0
0
0
“0”
0
0
0
1
0
“1”
0
0
1
0
0
“2”
0
0
1
1
0
“3”
0
1
0
0
0
“4”
0
1
0
1
0
“5”
0
1
1
0
0
“6”
0
1
1
1
0
“7”
1
0
0
0
0
“8”
1
0
0
1
0
“9”
1
0
1
0
0
“10”
1
0
1
1
0
“11”
1
1
0
0
0
“12”
1
1
0
1
0
“13”
1
1
1
0
0
“14”
1
1
1
1
0
“15”
1
均不接通
二、典型应用举例
1.单按钮音量控制器
单按钮音量控制器电路见图6。
VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器输出端与地之间。
VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化,因此控制VGS就可实现对音量大小的控制。
VT1的G极接有3个模拟开关S1～S3和一个100μF的电容,其中100μF电容起电压保持作用。
由于VMOS管的G极和S极之间的电阻极高,故100μF电容上的电压可长时间基本保持不变。
模拟开关S1为电容提供充电回路,当S1导通时,电源通过S1给电容充电,电容上电压不断增高,使VT1导通电阻越来越小,使音量也越来越小。
模拟开关S2为电容提供放电回路,当S2导通时,电容通过S2放电,电容上电压不断下降,使音量越来越大。
模拟开关S3起开机音量复位作用,开机时,电源在S3控制端产生一短暂的正脉冲,使S3导通,由于与S3连接的电阻较小,故使电容很快充到一定的电压,使起始音量处于较小的状态。
F1～F6及其外围元件组成长短脉冲识别电路。
静态时,F1、F2输入为高电平,当较长时间按压按钮开关AN时,F4输出变高,经100k电阻给3.3μF电容充电,当充电电压超过CMOS门转换电压时,F5输出由高变低,F6输出由低变高,模拟开关S2导通,100μF电容放电,音量变大。
与此同时,F1输出也变高,也给电容充电,但F1输出的一次正跳变不足以使电容上电压超过转换电压,故F2输出仍为高电平,F3输出低电平,模拟开关S1保持截止。
当连续按动按钮开关AN时,F4输出也不断变化,输出为高时,给电容充电,而输出变低时,电容又很快通过二极管VD3放电,故电容上电压总是达不到转换电压,因此F6输出一直为低。
而此时F1输出连续高低变化,经二极管整流不断给电容充电,使3.3μF电容上电压迅速达到转换电压,F2输出变低,F3输出变高,模拟开关S1导通,给电容充电,音量变小。
由此,利用一只按钮开关,实现了对音量的大小控制。
2.四路视频信号切换器
四路视频信号切换器电路见图7。
“与非”门YF3、YF4组成脉冲振荡器,振荡频率由100k电位器调节。
若嫌调节范围不够,可适当更换0.47μF电容和100k电阻。
脉冲振荡器受YF1、YF2组成的双稳态电路的控制,按S1时,YF1输出低电平,脉冲振荡器停振;按S2时,YF1输出高电平,脉冲振荡器开始振荡。
脉冲振荡器的输出作为CD4017十进制计数器的时钟,使Y0～Y3依次出现高电平,相应的四个模拟开关依次导通,由Vi1～Vi4输入的视频信号被依次切换至输出端,完成了四路视频信号的切换。
显然,增加一片CD4066可做成八路视频信号切换器,相应地,由Y0～Y7进行模拟开关控制,Y8连至Cr。
依此类推,可做成更多路数的视频信号切换器。
而且,输入、输出也可以是其它形式的信号。
如要求视频、音频信号同传,则并接上相应数量的模拟开关即可。
3.数控电阻网络
图8示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。
在图8中,CD4066的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上,电阻的值是按二进制位权关系选择的。
当某个开关接通时,并接在该开关上的电阻被短路,此处假设该电阻阻值RRON（RON为模拟开关的导通电阻）;当某个开关断开时,电阻两端阻值仍保持原阻值不变,此处假设该电阻阻值RROFF（ROFF为模拟开关断开时的电阻）。
四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D控制,因此,在A、B、C、D端输入不同的四位二进制数,可控制电阻网络的电阻变化,并从其上获得2～16种不同的电阻值。
按图8所给的电阻值,该电阻网络所对应的16种阻值列于表5中。
表5
输入二进制数
电阻值（MΩ）
D
C
B
A
0
0
0
0
3.75
0
0
0
1
3.50
0
0
1
0
3.25
0
0
1
1
3.00
0
1
0
0
2.75
0
1
0
1
2.50
0
1
1
0
2.25
0
1
1
1
2.00
0
0
0
0
1.75
1
0
0
1
1.50
1
0
1
0
1.25
1
0
1
1
1.00
1
1
0
0
0.75
1
1
0
1
0.50
1
1
1
0
0.25
1
1
1
1
4×RON≈2kΩ
4.音量调节电路
音量调节电路见图9。
音频信号由Vi端输入,经分压电阻R11和隔直电容加到由R1～R10构成的加／减电阻网络。
CD40192为十进制加／减计数器,“与非”门YF3、YF4构成低频振荡器,“与非”门YF1、YF2分别为加计数端CPU和减计数端CPD的计数闸门。
当D1端为高电平时,闸门YF1开通,低频脉冲经YF1加到CD40192的CPU端,使其作加法计数,输出端Q0～Q3数据增大,使16路模拟开关的刀向低端转换,顺序接通R1～R10,接通的电阻增大,经与R11分压后,使输出音频信号Vo增大;当D2端为高电平时,闸门YF2开通,低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端,使其作减法计数,输出端Q0～Q3数据减小,使16路模拟开关的刀向高端转换,顺序接通R10～R1,接通的电阻减小,经与R11分压后,使输出音频信号Vo减小。
CD4051CD4052CD4053中文资料
CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。
幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。
例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。
这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。
当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。
三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。
CD4052/CC4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。
幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。
例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端=“1”时，所有通道截止。
二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。
CD4053/CC4053是三2通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。
幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰-峰值至20V的数字信号。
例如若VDD＝+5，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。
这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD－VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。
当INH输入端＝“1”时，所有通道截止。
控制输入为高电平时，“0”通道被选，反之，“1”通道被选。
CD4051CD4052CD4053真值表
INPUTSTATES输入状态
“ON”CHANNELS“开”通道
INHIBIT禁止
C
B
A
CD4051B
CD4052B
CD4053B
0
0
0
0
0
0X,0Y
cx,bx,ax
0
0
0
1
1
1X,1Y
cx,bx,ay
0
0
1
0
2
2X,2Y
cx,by,ax
0
0
1
1
3
3X,3Y
cx,by,ay
0
1
0
0
4
cy,bx,ax
0
1
0
1
5
cy,bx,ay
0
1
1
0
6
cy,by,ax
0
1
1
1
7
cy,by,ay
1
*
*
*
NONE
NONE
NONE
CD4051引脚功能说明
引脚号
符号
功能
124512131415
IN/OUT
输入/输出端
91011
ABC
地址端
3
OUT/IN
公共输出/输入端
6
INH
禁止端
7
VEE
模拟信号接地端
8
Vss
数字信号接地端
16
VDD
电源+
CD4052引脚功能说明
引脚号
符号
功能
1245
IN/OUT
Y通道输入/输出端
11121415
IN/OUT
X通道输入/输出端
910
AB
地址端
3
OUT/IN
Y公共输出/输入端
13
OUT/IN
X公共输出/输入端
6
INH
禁止端
7
VEE
模拟信号接地端
8
Vss
数字信号接地端
16
VDD
电源+
CD4053引脚功能说明
引脚号
符号
功能
12351213
bybxcxcyayax
输入/输出端
91011
cba
控制端
14
OUT/INaxoray
公共输出/输入端axoray
15
OUT/INbxorby
公共输出/输入端bxorby
4
OUT/INcxorcy
公共输出/输入端cxorcy
6
INH
禁止端
7
VEE
模拟信号接地端
8
Vss
数字信号接地端
16
VDD
电源+
CD4051引脚图
CD4052引脚图
CD4053引脚图
CD4051逻辑图
CD4052逻辑图
CD4053逻辑图
切换时间波形图
AbsoluteMaximumRatings绝对最大额定值：
DCSupplyVoltage直流供电电压（VDD）
−0.5VDCto+18VDC
InputVoltage输入电压（VIN）
−0.5VDCtoVDD+0.5VDC
StorageTemperatureRange储存温度范围（TS）
−65℃to+150℃
PowerDissipation功耗（PD）
Dual-In-Line普通双列封装
700mW
SmallOutline小外形封装
500mW
LeadTemperature焊接温度（TL）
Soldering,10seconds）（焊接10秒）
260℃
RecommendedOperatingConditions建议操作条件：
DCSupplyVoltage直流供电电压（VDD）
+5VDCto+15VDC
InputVoltage输入电压（VIN）
0VtoVDDVDC
OperatingTemperatureRange工作温度范围（TA）
CD4051BC/CD4052BC/CD4053BC
−55℃to+125℃
DCElectricalCharacteristics直流电气特性：
Symbol符号
Parameter参数
Conditions条件
−55℃
+25°
125℃
Units单位
最小
最大
最小
典型
最大
最小
最大
ControlA,B,CandInhibit控制A，B，C和禁止
IIN
InputCurrent输入电流
VDD=15V,VEE=0VVIN=0V
−0.1
−10−5
−0.1
−1.0
μA
VDD=15V,VIN=15VVEE=0V
0.1
10−5
0.1
1.0
IDD
QuiescentDeviceCurrent静态电流
VDD=5V
5
5
150
μA
VDD=10V
10
10
300
VDD=15V
20
20
600
SignalInputs（VIS）andOutputs（VOS）信号输入（VIS）和输出（VOS）
RON
“ON”Resistance（PeakforVEE≤VIS≤VDD）
RL=10kΩ（anychannelselected）
VDD=2.5V,VEE=−2.5VorVDD=5V,VEE=0V
800
270
1050
1300
Ω
VDD=5V,VEE=−5VorVDD=10V,VEE=0V
310
120
400
550
Ω
VDD=7.5V,VEE=−7.5VorVDD=15V,VEE=0V
200
80
240
320
Ω
ΔRON
Δ“ON”ResistanceBetweenAnyTwoChannels
RL=10kΩ（anychannelselected）
VDD=2.5V,VEE=−2.5VorVDD=5V,VEE=0V
10
Ω
VDD=5VVEE=−5VorVDD=10V,VEE=0V
10
Ω
VDD=7.5V,VEE=−7.5VorVDD=15V,VEE=0V
5
Ω
“OFF”ChannelLeakageCurrent,anychannel“OFF”
VDD=7.5V,VEE=−7.5VO/I=±7.5V,I/O=0V
±50
±0.01
±50
±500
nA
“OFF”ChannelLeakageCurrent,allchannels“OFF”（CommonOUT/IN）
Inhibit=7.5V
CD4051
±200
±0.08
±200
±2000
nA
VDD=7.5V,VEE=−7.5V,
D4052
±200
±0.04
±200
±2000
O/I=0VI/O=±7.5V
CD4053
±200
±0.02
±200
±2000
DCElectricalCharacteristics直流电气特性：
符号
Parameter参数
Conditions条件
−55℃
+25°
125℃
Units单位
最小
最大
最小
典型
最大
最小
最大
ControlInputsA,B,CandInhibit控制输入A，B，C，禁止
VIL
LOWLevelInputVoltage输入低电平电压
VEE=VSSRL=1kΩtoVSSIIS<2μAonallOFFChannelsVIS=VDDthru1kΩ
VDD=5V
1.5
1.5
1.5
V
VDD=10V
3.0
3.0
3.0
VDD=15V
4.0
4.0
4.0
VIH
HIGHLevelInputVoltage输入高电平电压
VDD=5
3.5
3.5
3.5
V
VDD=10
7
7
7
VDD=15
11
11
11
ACElectricalCharacteristics交流电气特性：
Symbol符号
Parameter参数
Conditions条件
VDD
最小
典型
最大
Units单位
tPZH,tPZL
PropagationDelayTimefromInhibittoSignalOutput（channelturningon）传播延迟时间，以禁止信号输出（通道打开）
VEE=VSS=0VRL=1kΩCL=50pF
5V
600
1200
ns
10V
225
450
15V
160
320
tPHZ,tPLZ
PropagationDelayTimefrom
升级会员 