切换模拟信号

模拟开关在从大量不同输入中进行选择时的基本原理和要求。虽然这些与所有应用程序相关，但从某些特定应用程序来看，需要考虑一些额外的要求。在切换RF或音频信号以及多路复用I²C信号时尤其如此。

传输或切换模拟信号时，保持信号完整性是关键。当处理模拟信号时，它们可以被放大、衰减和延迟。因此，设计人员需要在这些效应之间找到适当的平衡，以确保相应应用的安全运行。

一些具体效果可以是：

由于开关中的高欧姆连接导致电压下降，导致目标设备输入端的电压电平不足

开关后立即出现强烈的电压过冲，导致所连接设备损坏或操作不安全

由于没有电源和有源输入而导致的内部行为不受控制。

在构建模拟开关时，有多种方法可以配置开关信号以满足各自的应用要求。例如：

低欧姆模拟通道 – 为了在信号路径中实现非常低的电压损耗，调整管可以设计为低欧姆电阻 （< 1 Ω）。这可以通过扩展调整管的通道在内部实现，但与更高的通道电容有关，这可能导致开关瞬变

有限的电压过冲 – 结合快速开关，可以在开关中实现专用控制电路，以防止过冲

省电模式 – 有源输入不应引起不必要的行为，例如唤醒或VCC由输出端连接的有源信号驱动，从而导致需要断电保护。

模拟开关的特征行为和特点

模拟开关可以内置各种功能和特性，以根据专用要求优化其行为。例如，考虑子系统IC前面的开关，其中开关由微控制器控制。在上电阶段，开关和子系统仍处于断电模式，而驱动开关数字输入信号的微处理器已经处于活动状态。

当然，避免通过开关的数字输入及其内部ESD箝位二极管唤醒子系统非常重要。预防机制称为故障安全逻辑。内部电路阻止输入连接到 V抄送器件断电时的电源引脚。该方案如图 1 所示。

当连接的输入设备为 V 供电时，也会发生类似的效果抄送通过其模拟输入引脚为开关供电。缓解效果称为断电保护，如图2所示。

模拟信号开关质量的另一个重要方面可以在模拟多路复用器的行为中找到，其中选择多个模拟输入中的一个并将其连接到模拟输出。用于缓解通道电流注入的内部电路结构如图3所示，并在上一篇博客“当您的开关选择不是二元决策时”中进行了介绍。

相关应用实例

射频信号切换

切换RF信号时，信号完整性很重要，因为频率很高，信号很脆弱。在下面的示例中，RF输入信号被添加到DAC输出或切换到GND。产生的信号驱动控制RF输出信号的y MOSFET。由于RF信号的频率很高，开关的任何开关瞬变都会干扰RF输出信号，因此必须抑制开关的任何过冲或下冲行为。在本例中，Nexperia的低阻值单刀双掷模拟开关XS5A1T4157可确保无过冲的精确开关，使其成为此应用案例的理想解决方案。

切换音频信号

只有传输全电压幅度，才能提供高质量的音频信号。信号路径中的任何损耗都会使信号质量失真并降低带宽。因此，如果需要切换信号，开关必须尽可能低的欧姆。开关的非选定信号路径必须具有高阻抗，以避免串扰效应。图 5 中所示的示例显示了用于打开或关闭音频系统耳机的开关。由于开关仅用于开/关开关，并且在工作期间保持静态，因此只需要低欧姆，而不一定具有低过冲。Nexperia针对这种情况的解决方案可能是低阻值SPDT模拟开关XS3A1T3157，带和R上值通常为 0.5 Ω，确保极低的压降。

多路复用I²C信号

I²C为漏极开路总线协议。虽然高电平是通过永久激活的上拉源和电阻产生的，但参与者可以主动下拉时钟和数据信号的电压电平。这意味着它们需要将上拉电路的电压降低到较低水平，特别是接收器侧的上拉电路。而传输线另一端的接收器需要识别低电平。I²C传输在较长传输线上的一个常见问题是线路上的压降。如果太高，则接收器电压不够低，无法识别为低。因此，I²C网络中的传输线和开关器件必须为低欧姆。

如图6所示的可能的I²C网络配置使用模拟开关在四个目标器件之间进行分离。如果目标设备具有相同的I²C地址或地址范围有限，则需要这样做。选择通道需要两个额外的选择信号，并且可以使用一个使能引脚来使能或禁用器件。由于低欧姆通道连接<1 Ω，开关不会影响I²C总线上的信号完整性。

审核编辑：郭婷