数据采集系统设计第三章2模拟多路开关.ppt
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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,第3章 模拟多路开关,第3章 模拟多路开关,第3章 模拟多路开关,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 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,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标,3.2 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,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3.3 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3.3 多路开关集成芯片,3.3 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,⑴AD7501（AD7503）,3.3 多路开关集成芯片,片上所有逻辑输入与TTL／DTL及CMOS 电路兼容。
3.3 多路开关集成芯片,表3.1 AD7501真值表,3.3 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⑵ AD7502,3.3 多路开关集成芯片,表3.2 AD7502真值表,3.3 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3.3 多路开关集成芯片,,3.3 多路开关集成芯片,CD4051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3.3 多路开关集成芯片,表3.3 CD4051真值表,3.3 多路开关集成芯片,⑷ CD4052,3.3 多路开关集成芯片,表3.4 CD4052真值表,3.3 多路开关集成芯片,3.3 多路开关集成芯片,3.3 多路开关集成芯片,(a). TI (Texas Instruments) (b).AD (Analog Device)公司 (c).MAXIM美信公司 http://china.maxim- (d).National Semiconductor国家半导体公司 ,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3.11所示的等效电路来表示。
第3章 模拟多路开关,3.4 多路开关的电路特性,RS为信号源内阻，CI为开关的输入电容， RON是开关的导通电阻，ROFF是开关断开时的电 阻，CIO是跨接在开关输入与输出端上的电容， CO是输出电容，RL和CL为负载的电阻和电容3.4 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IS表示3.4 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3.12所示这样，将在输出端 形成一个误差电压UOE3.4 多路开关的电路特性,输出端的误差电压：,式中 IS — 单个开关的漏电流举例： 如用两个AD7503构成16路输入通道AD7503每个通道断开时的漏电流 IS=2nA（25℃），其导通内阻RON=300Ω，设 RS=1000Ω，则由式(3-1) 可以算出漏电流引起 的输出误差电压为：,3.4 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A／D转换器，每个量化级是 24.4V，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：,采用分级组合电路3.4 多路开关的电路特性,将3n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(3n－1) 降到 (n－1)，差不多减,至,3.4 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,3.4 多路开关的电路特性,3.4 多路开关的电路特性,⑴ 设定时间 tS,设 CI CT ，则化简图3.14，得,则,【例3.1】设RON=100Ω，COT=100pF，CL=20pF， RL=10MΩ ， CI=5pF，精度0.1%，求 设定时间3.4 多路开关的电路特性,解：当RS = 0 时,当 RS = 2000Ω 时,3.4 多路开关的电路特性,从以上计算可以看到：,RS↓，开关切换↑因此，要想法降低 RS 和总输出电容 COT 减少前置电路的输出阻抗3.4 多路开关的电路特性,⑵ 等效电路的带宽,3.4 多路开关的电路特性,3. 源负载效应误差,源负载效应误差 ——,信号源电阻RS和开 关导通电阻RON与 多路开关所接器件 的等效电阻RL分压 而引起的误差计算源负载效应误差的等效电路如图3.15所示。
3.4 多路开关的电路特性,源负载效应误差=,3.4 多路开关的电路特性,由于负载效应是一种分压作用，使输 出到上的信号减小，因此,应合理设计,①提高负载内阻，RL RS+RON,②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RS=300 Ω ，RON=200 Ω ， RL=5M Ω ，求误差3.4 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3.4 多路开关的电路特性,分析串扰的等效电路如图3.16所示3.4 多路开关的电路特性,可知,①减小RS2与RON，有利于减小串扰②加大CL 也能减小串扰，但不利于 动态响应3.4 多路开关的电路特性,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3.17所示第3章 模拟多路开关,,3.5 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UO,,,,,,,,,,,,,,. . .,,,,,,,,,,,,,. . .,. . .,,,,,,,,,,,,,,UO,,,,,,,,,,,,,,,. . .,,,,,,,模拟地,模拟地,信号地,,,(a),(b),图3.17 单端接法,,,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3.5 多路开关的配置,3.5 多路开关的配置,双端接法如图3.18所示3.5 多路开关的配置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,UO,,,,,,,,,,,,,,,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3.5 多路开关的配置,3.5 多路开关的配置,3.5 多路开关的选型,3.5 多路开关的选型,3.5 多路开关的选型,3.5 多路开关的选型,3.6 多路开关的应用,3.6 多路开关的应用,。
