这个芯片，适合处理多路模拟信号的选择，使用过的工程师都说好

硬件工程师，在电路项目开发设计阶段，会遇到一些多路信号分时处理的情况；对于数字开关量信号，会使用多路选择器解决，如逻辑芯片的三八译码器74HC138；很遗憾的是对于处理模拟信号，三八译码器74HC138效果显得就不是很理想；

芯片

那么有没有适合处理多路模拟信号选择的电子器件呢？芯片哥通过长时间的探索翻阅文献，以及与芯片原厂的工程师沟通得知，模拟开关芯片就是专门处理这种电路的器件；具体型号如上海贝岭的BL1551 SC70-6，德州仪器TI的TS5A3357DCUR VSSOP-8等等；芯片哥就以BL1551 SC70-6举例说明模拟开关芯片的特性

1，模拟开关芯片

模拟开关芯片内部图

查看芯片内部等效电路图，BL1551模拟开关芯片是实现二选一的模拟信号选择器，其电路功能逻辑

当ENB使能引脚为逻辑高电平，A1信号输出到B引脚，A2信号无法输出；当ENB使能引脚为逻辑低电平，A2信号输出到B引脚，A1信号无法输出；

模拟开关功能表

2，项目应用场景

由于单片机的IO引脚资源比较有限，在一些复杂的项目电路系统中，传感器的采集端口ADC引脚不足以支持多路传感器信号量的处理，此时就需要使用多路模拟开关选择器，以达到单片机资源的最大利用效率；

传感器多路选择器

3，关键参数

模拟开关选择器，其关键的电路参数是其导通电阻阻值，如2Ω；理想的电路是导通电阻阻值为零，实际项目开发则是希望导通电阻阻值越小越好，这样有利于减小信号在传输的过程中产生的压降，从而最大化的保持信号的不失真；

模拟开关芯片应用电路图

关于模拟开关芯片的相关内容，不知小伙伴们是否理解了他们的电路特性？在项目开发有没有实际遇到类似的电路应用场景？

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最详细的模拟开关工作原理及参数详解！错过了就等着后悔吧！

Author:Jackie Long

模拟开关（Analogswitches）是利用模拟器件（JFET或MOS）的特性实现控制信号通路的开关，主要用来完成信号链路连接或断开的切换功能。由于它具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。

模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通控制的电平，决定输入与输出的连接状态。当选通控制处在使能状态时，输出端与输入端是导通状态的；当选通控制处在非使能状态时，输出与输入是阻断状态时，此时，无论输入信号如何变化，模拟开关输出均呈高阻状态。

最基本的模拟开关结构如下图所示：

其中，Q1为N沟通JFET（JunctionField-Effect Transistor，结型场效应晶体管），当VGS=0时，源极与漏极之间是导通的，如下图所示：

此时的电路等效如下图所示：

其中，电阻RDS(ON)表示N沟通JFET导通时的漏 - 源导通电阻rDS(on) （Static Drain Source On Resistance ） ，也是模拟开关的通态电阻 RON （”ON” Resistance ） ，此时负载RL两端的电压如下式：

对于多通道的模拟开关芯片，每个通道都有一个通态电阻RON，这些通态电阻之间的差值称为ΔRON （ Δ”ON” Resistance Between any two switches ）。

模拟开关有一个最大开关电流，即饱和漏极电流 IDSS （Zero Gate voltage Drain Current ） ，但有些数据手册中没有这个参数，一般在几百毫安以内。

当栅-源电压VGS<VGS(OFF)（栅-源夹断电压，一般在-1V～-10V）时，源极与漏极之间是断开的，如下图所示：

此时电路等效如下：

其中，电阻RDS(OFF)表示模拟开关断开时呈现的阻值，应足以达到抑制相邻两个信号链路相互干扰，此时负载RL两端的电压如下式：

我们通常将模拟开关表示如下图所示：

其中，O/C表示模拟开关控制引脚（Open/Close）

用P沟通JFET也可以组成模拟开关，但目前最常用的还是用MOSFET构成的开关，因为MOS技术是大规模数字集成电路的基础，这样可以在同一工艺下将模拟与数字功能实现在同一块芯片上，如下所示：

但是，无论是JFET或MOS构成的模拟开关，它们导通时漏-源通态电阻RDS(ON)都与栅-源电压VGS有关，而在输入信号Ui的变化过程中，VGS也是一直随之变化的，如下图所示：

在信号的传输过程中，真正施加在MOS管栅-源两极的电压VGS=-（15V-UO），而UO是与Ui相关的，如果输入信号Ui足够大的话，甚至会在信号传输过程中将MOS管关断，这显然不是我们想要的结果，因为我们的目标是得到一个恒定的（或比较恒定的）导通电阻RON。我们当然也希望导通电阻越小越好，但是在很多应用中，模拟开关的恒定通态电阻（导电率）是最重要的，也就是通态阻抗平坦度RDS(flat)，因为它关乎输出电压的精度。

比如，用高精度ADC（模数转换器）进行多路电压信号采集时，模拟开关的导通电阻RON不必强制要求有多小，但只要它们的导通电阻RON是恒定的，可以在算法上将其带来的误差清除。

用一对互补MOSFET（即CMOS）即可消除这些缺点，它的结构如下图所示：

当O/C控制引脚为高电平时，Q1（PMOS）因栅-源电压VGS<VGS(ON)而导通（PMOS的导通阈值为负电压），同样，Q2（NMOS）因栅-源电压VGS>VGS(ON)而导通（NMOS的导通阈值为正电压），如下图所示：

此时模拟开关的导通电阻为两个MOS管导通电阻RDS(ON)的并联，它们的特性曲线如下图所示：

NMOS管在信号比较低时的导通电阻较小，而PMOS管则在输入信号较高时的导通电阻较小，两个电阻并联后，则在整个信号的有效范围内都比较低。

当O/C控制引脚为低电平时，两个MOS管均为阻断状态，如下图所示：

有些数据手册也会给出这个导通电阻的信息，如下图所示：（来自intersil的CD4051数据手册）

这种基本的结构也叫做传输栅，有些规格书中以下面的符号表示：

比如，CD4066的原理框图如下所示：（下图来自UTC的CD4066数据手册）

既然模拟开关由MOS管构成，自然也有相应频率响应的最大值，这个值通常可以达到数十兆，它包含两种情况：即开关分别在导通状态下与阻断状态下频率响应。开关在导通状态下的频率响应（ FrequencyResponse-Switch “ON” ） 比较好理解，就是在模拟开关导通状态下，信号能够通过的最大频率，那么阻断状态下的频率响应又是个神马东西？如下图所示：（以下均来自UTC的模拟开关CD4066数据手册）

其中，Feedthrough –Switch “OFF”表示在模拟开关阻断状态下的馈通频率，我们看看Fig.4的测试电路图，如下所示：

上图已经说了，当VCON=VSS（即模拟开关阻断时）时，电路用来测试馈通（Feedthrough）状态下的频率响应。理论上，在模拟开关阻断状态下，无论有没有输入信号VIS，其相应的输出VOS是不会有输出的，但是MOS管本身是有寄生电容的（如上表中的CIO，也称为CDS，即漏极-源极电容），在关断状态下如果输入信号频率超过一定值，那信号就阻断不了了，它会通过电容CIO以高频耦合的方式通过开关，使得开关呈现导通状态。如下图所示：

还有一个参数是控制引脚的最大开关频率（ Maximum Control Input ） ，一般我们说模拟开关的速度就是指这个参数，而不是上面提到的频率响应的最大值。它的测试电路如下所示：

模拟开关芯片有多个通道时，通道与通道间也会有信号的串扰，这与PCB板走线串扰是同样的道理，如下图所示：

它是指没有输入信号的选通通道（下侧）接收到来自相邻通道（上侧）信号引起的干扰，即VOS(2)，注意表格中的测试条件：下侧的VCON(2)=VSS不是0，而是5V，也就是选通状态。

同样，当控制引脚VCON在导通与阻断状态切换时，也会在信号通道上产生相应的串扰，如下图所示：

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