暖通与燃气数值化测量技术2007(4)

及开关或继电器的触点信号等。

多路切换技术 采样保持技术

本章内容：多路通道的输入输出和采样信号保持电路、典型应用实例。

3-2 多通道信号输入

多路和多参数的采集和控制问题的提出：

每一路都单独采用各自的输入回路的问题：成本高、体积庞大、系统校准很困难。

设计实现：采用多路模拟开关 3-2-1 多路开关

多路开关的作用：主要是用于信号切换。 多路开关选择时需考虑下列参数： 8、 通道数量

通道数量对切换开传输被测信号的精度和切换速度有直接影响。通道越多，寄生电容和泄漏电流越大，通道间的干扰也越大，尤其是在使用集成模拟开关时。 9、 泄漏电流

如果信号源内阻很大，传送的是电流量，就要考虑多路开关的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。 10、 切换速度

[1]对需要传输快速变化信号的场合，就要求多路开关的

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切换速度要高。

[2]同时，也要考虑后一段采样/保持和A/D的转换速度，以最优的性能价格比来选取多路开关的切换速度。 11、 开关电阻

理想状态的多路开关：导通电阻为零，断开后为无穷大。 实际选择时考虑：

[1]实际的模拟开关无法作到这个要求，因此需要考虑开关电阻，尤其是与开关串联的负载为低阻抗时，应选择导通电阻足够低的多路开关。

[2]多路开关参数的漂移性及每路电阻的一致性也需考虑。

3-2-2 常用模拟开关 1、 机械触点式多路开关

干簧继电器的工作频率一般可达10～40次/秒，断开电阻大于1MΩ，导通电阻小于50mΩ，寿命可达108次，吸合和释放时间约为1mS。 优点：不受环境温度的影响

输入电压、电流的动态范围宽

缺点：体积大（与电子开关相比）、工作频率低 应用：一般用于低速高精度检测系统

2、 模拟电子开关

模拟电子开关优点：切换速度高、易于集成

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缺点：导通电阻一般较大，输入电压、电流的动态范围很有限。

应用：常用于高速且要求系统体积小的场合。 常用的电子模拟开关有： [1]晶体管开关

特点：速度快、工作频率高（1MHz以上）、导通电阻小（尤其在采用双极型晶体管时，最小可到1Ω），但缺点是存在残余电压，且控制电流要流入信号通道，不能隔离。 [2]光电隔离耦合开关

速度和工作频率属于中等，但其控制端与信号通道的隔离好，耐压高，其控制端与信号通道侧之间可以承受2仟伏左右的电压。存在残留失调电压和单向导电情况，如果用光敏电阻代替光电三极管，则可实现双向传送，但光敏电阻分散性大，反应速度较低。

应用场合：要求隔离情况良好但传输精度不高的场合，也常用于输出通道中需要通道隔离的场合。 [3]结型场效应管开关 这是一种使用较普遍的开关。

无失调电压，开启电阻为：10～100Ω，断开电阻一般为10 MΩ以上，且具有双向导通的功能。

这种场效应管不易集成。 [4]COMS场效应管开关

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这是一种应用最普遍的模拟开关。目前，常用的集成模拟开关大多采用CMOS工艺。它的通道电阻基本不随输入电压变化而变化。CMOS开关具有比其它电子开关特性好、成本低等优点。 3-2-3 模拟集成开关

指在一个单片上包含多路开关的集成开关。其中采用CMOS工艺的模拟多路开关应用最广泛。

参数：通道数、开关电阻、漏电流、输入电压、方向切换等。 使用中的几个问题：

CMOS模拟开关的导通电阻和切换速度与电源电压有一定关系，在允许范围内，电源电压越高，导通电阻越小，切换速度也越快。

模拟开关在接通时，有一定的导通电阻，在某种情况下，可能会对信号的传递精度带来较大的影响。作为一种补救，一般应尽可能使负载阻抗大一些，必要时可在负载前加缓冲器。

在多通道选择开关中，为防止两个通道在同一瞬间同时导通的情况，往往在某一通道断开到后一通道闭合之间加一延时，当然，这会影响到模拟开关的切换速度。

多路模拟开关主要有5 种：

4选1

8选1 双4选1 双8选1

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16选1

它们之间除通道号和外部管脚排列有些不同外，其电路结构、电源组成及工作原理基本相同。

四双向模拟开关：CD4066

使用中应注意的问题：[1]控制电压应满足要求，否则会导致片子损坏。

[2]在传输交流电信号时，应采用正负电源供电，在传输直流电信号时应采用单电源供电。

[3]在使用CD4006模拟开关或其它同类工艺制作的器件时应注意，当只使用其中部分开关时，必须把其它不用的开关的控制端接到VSS上，否则，在悬空状态下有可能受高压静电感应而击穿。

3-2-4 常用多路模拟开关 1、 单路8通道

[1]AD7501单路8通道模拟开关

AD7501是CMOS单片集成的8选1单路8通道模拟开关。 输入电平：TTL/DTL或CMOS电平 [2]AD7503单路8通道模拟开关

基本性能与参数与AD7501同，只是选通电平为低电平时模拟开关工作。

[3]CD4051单路8通道模拟开关

INH端为禁止端，当INH为高电平时，8个通道全部不通。 2、 单路16通道

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