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模拟开关的工作原理、分类及电路图分析

模拟开关在模拟集成电路设计中具有非常重要的作用,是模拟集成电路的核心器件。但有很多小白不清楚模拟开关的工作原理及分类,也看不懂模拟电路的电路图及公式,所以本文将一一回答这些问题。

模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能,采用MOS管的开关方式实现了对信号链路关断或者打开,由于其功能类似于开关,而用模拟器件的特性实现,所以也叫作模拟开关。

模拟开关在电子设备中的作用是接通信号或断开信号,由于模拟开关的特点是功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等,所以在自动控制系统和计算机中应用广泛。

模拟开关分为NMOS模拟开关和CMOS模拟开关,如图所示。

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对于NMOS模拟开关,当控制信号C的电压为电源电压时,要求Vout≈Vin,即要求NMOS晶体管工作在深度线性区。

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NMOS模拟开关的非理想模型可以等效为一个三端网络,端口A和B为开关的输入输出端,C为电压控制端。

理想情况下,RON为零,而ROFF为无穷大,为了降低总谐波失真,RON与控制电压的关系应为线性关系。

Vos表示模拟开关的失调电压,表示开关导通且电流为零时,端点A和B之间存在的电压。IOFF表示开关关断时流过的漏电流;CA、CB、CAB和CBC分别表示开关端点对地的寄生电容,对模拟信号采样保持电路性能有较大的影响。

当NMOS模拟开关处于导通状态时,如下:

3.png

导通电阻为

4.png

当NMOS模拟开关处于关断状态时,即Vgs

IDS=IOFF=0,则ROFF≈无穷大。


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