模拟开关和多路复用器常见问题解答

在要求针对模拟信号控制和选择指定传输路径的电子系统的设计中,模拟开关和多路复用器已成为必要元件之一。这些器件广泛的应用在各种场合,包括多通道数据采集系统、过程控制、仪器仪表、视频系统等。

20 世纪 60 年代晚期的开关和多路复用器均以分立式 MOSFET 器件设计,并用小型PC板或模块生产。随着CMOS工艺的发展(以相同的基板生产优异的PMOS和NMOS晶体管),开关和多路复用器在 20 世纪 70 年代中期快速转向了集成电路形式,推出了广受欢迎的 AD7500 系列(1973 年问世)以及其他产品。1976 年推出了带介质隔离系列,支持±25V 的输入过压(超出供电轨),而且不易闩锁。这些早期的 CMOS 开关和多路复用器主要设计用于处理最高±10V 的信号,并工作于±15V 的电源之下。1979 年,ADI 公司推出大获成功的 ADG200 系列开关和多路复用器。1988 年 ADG201 系列问世,该器件采用专有的线性兼容 CMOS 工艺(LC2MOS)制成。这些器件在±15V 电源下可支持最高±15V 的输入信号。

20 世纪 80 年代和 90 年代出现了大量的开关和多路复用器,其趋势是更低的导通电阻、更快的开关、更低的电源电压、更低的成本、更低的功耗和更小的表贴封装。如今,模拟开关和多路复用器有多种配置、选项可供选择,可以适应几乎所有应用。低于 0.5Ω 的导通电阻、皮安级漏电流、大于 1 GHz 的信号带宽以及 1.8 V 单电源供电,这些全都可以利用现代 CMOS 技术来实现。市场上同时还有采用±15 V 电源、基于 ADI公司 iCMOS®(工业 CMOS)工艺的工业产品。

尽管 CMOS 是目前最流行的开关和多路复用器 IC 工艺,但双极性工艺(JFET)和互补双极性工艺(也支持 JFET)通常用于视频开关和多路复用等特殊应用,因为这些应用要求的高性能是 CMOS 工艺无法实现的。传统的 CMOS 开关和多路复用器在视频频率下往往存在多种劣势。它们的开关时间一般不够快,而且需要外部缓冲才能驱动典型的视频负载。另外,CMOS 开关导通电阻随信号电平发生变化,RON 调制可能会给差分放大和相位带来无用的失真。基于互补双极性技术的多路复用器在视频频率下具有更好的表现——但其功耗和成本与 CMOS 器件相比有明显增加。

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