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模拟开关的结电容引起的交流误差

2017-03-16 10:41 来源:电源网综合 作者:电源网

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设计中,模拟开关和多路复用器已成为必要的元件之一。然鹅,在使用模拟开关中,了解误差源是灰常有必要滴!

今天就给你们唠唠“使用模拟开关,带来的那些交流误差”。我们都造,模拟开关的交流误差主要是由自身的结电容引起的。图1显示的是影响 CMOS 开关交流性能的寄生器件。额外的外部电容会进一步导致性能下降。这些电容会影响馈通、串扰和系统带宽。CDS(漏极到源极电容)、CD (漏极-地电容)和CLOAD 与RON和CLOAD相配合,以形成整体传递函数。

 动态性能考虑:传输精度与频率的关系-模拟开关的结电容引起的交流误差-图1

图1. 动态性能考虑:传输精度与频率的关系

在等效电路中,CDS 会在传递函数 A(s)的分子中形成一个零点。该零通常出现在高频下,因为开关导通电阻很小。带宽同时也是开关输出电容与CDS 和负载电容的函数。该频率极点出现在等式的分母中。

复合频率域传递函数可以改写为如图2所示形式,图2所示为导通状态下的开关的整体波特图。多数情况下,主要受输出电容CD 的影响,极点断点频率将首先出现。

 CMOS 开关传递函数在导通状态下的波特图-模拟开关的结电容引起的交流误差1-图2

图2. CMOS 开关传递函数在导通状态下的波特图

因此,为了使带宽最大化,开关应具有低输入电容、低输出电容和低导通电阻。

串联旁路电容CDS 不但会在导通状态响应中形成一个零,同时也会在关断状态下导致开关馈通性能下降。当开关关断时,CDS 将把输入信号耦合至输出负载之中,如图3所示。

 动态性能考虑:关断隔离-模拟开关的结电容引起的交流误差2-图3

图3. 动态性能考虑:关断隔离

较大的CDS 值会导致较大的馈通值,后者与输入频率成比例。图4所示关断隔离度的下降随频率变化的函数。实现关断隔离最大化最简单的方式是选择CDS 尽量小的开关。

 关断隔离与频率的关系-模拟开关的结电容引起的交流误差3-图4

图4. 关断隔离与频率的关系

图5 展示了低压8 通道CMOS模拟多路复用器 ADG708的关断隔离,表现为频率的函数。从直流到几千赫,多路复用器拥有近 90 dB 的隔离能力。随着频率的增加,将有越来越多的信号到达输出端。然而,即使在 10 MHz 时,所示开关仍然拥有近 60 dB 的隔离能力。

 ADG708 8 通道多路复用器关断隔离与频率的关系-模拟开关的结电容引起的交流误差4-图5

图5. ADG708 8 通道多路复用器关断隔离与频率的关系

影响系统性能的另一个交流参数是开关期间发生的电荷注入。图6 所示为电荷注入机制的等效电路。

 动态性能考虑:电荷注入模型-模拟开关的结电容引起的交流误差5-图6

图6. 动态性能考虑:电荷注入模型


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