模拟多路复用器和开关配置的原理和应用介绍-综合文档

模拟多路复用器是一种通过单一的信号路径传输多个信号源的技术，它允许多个输入信号通过一个通道按顺序传输，适用于传感器数据共享和通信总线的多路复用。这种技术在多传感器数字化处理或多个收发器与公用通信总线连接的场景中尤为重要，可以有效节省成本、降低功耗和节省空间。设计者可以通过模拟多路复用器实现传感器与模数转换器(ADC)的连接，每个传感器依序进行数字化处理。 多路复用器的关键特性包括其提供输入和输出之间的双向路径、高信号完整性、极小的串扰和漏电流。典型的多路复用器配置包括从2:1到16:1的型号，其控制线数量等于该型号数除以2的对数。例如，8:1多路复用器需要三条控制线。而开关配置则由其输入（或“刀”）和输出（或“掷”）的数量来描述，常见的配置包括单刀单掷(SPST)、单刀双掷(SPDT)、单刀三掷(SP3T)和单刀四掷(SP4T)开关。 在集成电路(IC)中，开关和多路复用器可将多个开关封装在一起，形成具有多个通道的设备。其中，SPST和SPDT开关是最常见的配置类型。开关可以被设计为具有特定的动态特性，如“先合后开”或“先开后合”，这些特性影响开关触点变化时的操作。 模拟多路复用器和开关的大多数现代设计采用互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管(FET)，利用两个互补CMOSFET（一个N沟道器件和一个P沟道器件）并联连接，从而支持双向操作，并在任一方向上切换信号。这种配置能够处理任一极性的信号，并且最小化串联导通电阻(ROn)，降低电压敏感度。等效电路中的ROn和沟道电容CD对带宽和开关动态特性有重要影响，特别是开关时间。设计时应尽量降低ROn和CD的值。 漏电流也会进入信号路径，对直流(DC)偏移造成影响。使用具有高输入电阻的缓冲放大器缓冲开关输出，可以最大限度地减少导通电阻的影响，从而减少增益损耗和导通电阻变化的影响。漏电流引起的补偿电压可能导致问题，通常需要在工程上进行权衡，通过选择漏电电流尽可能小的元件来解决。 以Texas Instruments公司为例，该公司提供的TMUX1108PWR8:1多路复用器就是一款专门为与ADC配合使用而设计的精密多路复用器。该设备的供电电压(VDD)范围在1.08V至5V之间，信号电平与ADC兼容，能够在很宽的供电电压范围内工作，提供较高的灵活性。 在应用模拟开关和多路复用器实现资源共享时，设计人员应考虑其动态特性、导通电阻、漏电流等因素的影响，并在电路设计中适当考虑缓冲放大器的使用，以提高信号的完整性和减少干扰。此外，设计人员在选择相应的多路复用器和开关时，也需要考虑实际应用场景的具体需求，比如通道数量、控制线数量以及是否需要高信号完整性等因素。