一种高速精密模拟信号传输器设计 毛谦渝 1 引言 在许多电子测量的场合经常需要信号传输器能快速启动和切断信号的传输，并且要求传输器能精确地传输±极性的电信号，如果不考虑传输器的开关响应速度等特殊要求，通常人们会首先想到采用电磁继电器，因为电磁继电器的触点导通时的电阻一般在数mΩ至数十mΩ范围内，可以精确地传输±极性电信号。但是，电磁继电器有2个难以克服的缺陷，一是开关反应速度较慢（目前最快的微型电磁继电器开关速率只能达到2
在电子测量领域，高速精密模拟信号传输器是至关重要的组件，尤其在需要快速启动和切断信号传输，并确保信号正负极性的精确传输时。传统的解决方案是使用电磁继电器，因其触点导通时的低电阻（数mΩ至数十mΩ），能够实现精确的信号传输。然而，电磁继电器存在两个主要缺点：一是开关响应速度慢，最快微型电磁继电器的开关速率也只能达到2-1.5毫秒；二是它们在强振动环境下易产生瞬间误动作，降低了系统的可靠性。
针对这些挑战，电子转换开关成为了更优的选择，特别是对于需要高速响应和抗机械振动的场合。电子转换开关的开关响应速度快，且能在振动环境中稳定工作。然而，它们的导通电阻较大，可能会影响精确的信号传输。例如，HC4052是一款双通道四选一模拟转换开关集成电路，适用于±5V的模拟信号传输。实测数据显示，HC4052的导通电阻平均值约为41.4Ω，这对传输弱信号和高输入阻抗的后级电路会造成显著的相对误差。
为了解决这个问题，设计了一个包含电压跟随器的电路来改善HC4052的性能。一级电压跟随器A1连接在HC4052的输入端，提升电路的输入阻抗。当需要传输信号时，公共开关Y0-Y导通，而为了减小信号衰减，电压跟随器A2被添加在输入端，提高输入阻抗至约10^8Ω。在信号传输过程中，大部分信号能量将被A2的输入端吸收，确保信号传输的精度。然而，当关闭信号传输时，A2的输入端处于悬浮状态，可能会导致输出端电压不稳定。为解决这个问题，设计了一个并联的开关X1-X，通过HC4052的A逻辑引脚控制，以在需要时为A2输入端提供接地路径，确保信号完全封闭。
通过实验数据验证，该电路能够精确传输信号，同时能有效地关闭信号传输，反应时间快。在开通和关闭信号传输时，HC4052的开关速率和A2的转换速率是影响整体电路开关反应速度的关键因素。实测表明，该电路具有良好的高速和精密特性，适合实际应用。
这个设计提供了一种克服电磁继电器局限性的高速精密模拟信号传输器解决方案。通过巧妙利用HC4052模拟转换开关并优化其外围电路，实现了快速响应、高精度的信号传输，适应于要求严格的电子测量环境。这种设计不仅提高了系统的整体性能，还增强了在振动环境下的稳定性，为模拟信号处理提供了新的思路。
