1
SDUT
数据采集与处理
3.1 概述
3.2 多路开关的工作原理及主要技
术指标
3.3 多路开关集成芯片
第 3章 模拟多路开关
3.4 多路开关的电路特性
3.5 多路开关的配置
3.6 模拟多路开关的应用
2
SDUT
数据采集与处理
3.1 概述
第 3章 模拟多路开关
作用,将多路被测信号分别传送到 A/D转
换器进行转换。
机电式：
电子式：
类型
用于大电流、低速切换
用于小电流、高速切换
3
SDUT
数据采集与处理
3.1 概 述
双极性晶体管开关
场效应晶体管开关
电
子
式
类
型
结型
绝缘栅型
集成电路开关
4
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
第 3章 模拟多路开关
1,多路开关工作原理
⑴ 双极型晶体管开关
+ 1 5 V
+ 1 5 V
T 1
T 1
T
8
T 8
.
.
.
通道选择 1
通道选择 8
U i1
U
C8
U
C1
U i8
R 11
R 21
18R
28R
U o
模拟信号1
模拟信号8
图3, 2 双极型晶体管开关电路
其工作原理如下：
设选择第 1路模拟信号。
则令通道控制信号
UC1= 0,晶体管 T1′截止，
集电极为高电平，晶体管
T1导通，输入信号电压
Ui1被选中 。
5
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
同理,当令通道控制信号 UC2= 0 时，则选
中第 2路模拟信号,UO = Ui2 。
注意,在控制信号 UC1～ UC8中不能同时有
两个或两个以上为 0。
优点：
缺点：
② 电流控制器件，功耗大，集成度
低，一个方向传送信号。
① 漏电流大，开路电阻小，导通电
阻大。
开关速度快。
6
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2,场效应管开关
⑴ 结型场效应晶体管开关
开关电路如图 3.3所示。
.
.
.
T
1
T 1
T 8
T 8
U i1
U i8
U C1
U C8
通道选择1
通道选择8
U o
R 18
28R
11R
21R
图3, 3 结型场效应管多路开关
工作原理如下：
设选择第 1路信号。
则令通道控制信号 UC1=1，
则开关控制管 T1′导通，集电
极为低电平，场效应管 T1导
通, UO=Ui1 。
当 UC1 =0时, T1′截止，
T1也截止，第 1路输入信号被
切断。
7
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
优点：
缺点：
开关切换速度快，导通电阻小，可
两个方向传送信号。
为分立元件，需专门的电平转换电
路驱动，使用不方便。
⑵ 绝缘栅场效应管开关
8
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
+ 4 V
+ 4 V
-2 0 V
-2 0 V
T 1
T 1
T
8
T
8
R 11
R 21
R 18
R 28
U o
U i1
U C1
U i8
U C8
.
.
.
图3, 4 绝缘栅场效应管多路开关
其工作原理与结
型场效应管多路开关
类似。
9
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
优点：
缺点：
3,集成电路开关
集成电路开关 —— 将多路开关、计数器、
译码器制造在一个芯
片上。
开关切换速度快，导通电阻小，且
随信号电压变化波动小；易于和驱
动电路集成。
衬底要有保护电压。
10
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1 2 3 15 16
......
四- 十六线译码器
四位计数器
T
1
T
2
T
3
T
15
T
16
U 0U i3
U i2
U i1
U i 1 5
i 1 6U
计数
2
3
2
2
2
1
2
0
.
.
.
.
.
.
......
图3, 5 集成多路开关
工作原理如下：
设选择第 1路输入信号，
则计算机输出一个 4位二进
制码，把计数器置成 0001
状态，经四 — 十六线
译码器后，第 1根线输出高
电平，场效应管 T1导通，
UO= Ui1,选中第 1路信号。
如果要连续选通第 1路到
第 3路的信号，可以在计数器
加入计数脉冲，每加入一次
脉冲，计数器加 1，状态依次
变为 0001,0010,0011。
11
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2,多路开关的主要指标
?RON,导通电阻 ；
?RONVS,导通电阻温度漂移 ；
?IC, 开关接通电流 ；
?IS, 开关断开时的泄漏电流 ；
?CS,开关断开时，开关对地电容 ；
?COUT,开关断开时，输出端对地电容 ；
12
SDUT
数据采集与处理
第 3章 模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片
1,无译码器的多路开关
开关类型：
TL182C,AD7510,AD7511,AD7512等 。
13
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16 S 1
S 2
S 3
S 4
D 1
A 1
A 2 D 2
D
3
A 3
D 4
A 4
U
SS
U DD
GND
N
C
图3, 6 A D 7 5 1 0 芯片
芯片中无译码
器，四个通道开关
都有各自的控制端。
14
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
优点,每一个开关可单独通断，也可同
时通断，使用方式比较灵活。
缺点：
引脚较多，使得片内所集成的开关较少。
当巡回检测点较多时，控制复杂。
2,有译码器的多路开关
⑴ AD7501（ AD7503）
15
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
.,,
电平转换
译码驱动
O U T
EN A 1A 2 A 0
S
8
S 1
U
SS
U DD
( - 1 5 V )
( + 1 5 V )
地
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16A
1
G N D
EN
A 2
S 8
S 1
S
2
3
S
5S
6
S
4S
7S
O U T
U DD
U
SS
A 0
AD
7 5 0 1
.,,
图3, 7 A D 7 5 0 1 （A D 7 5 0 3 ）芯片结构及引脚功能
片上所有逻辑输入与 TTL／ DTL及 CMOS
电路兼容 。
16
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.1 AD7501真值表
A2 A1 A0 EN 导通
0
0
0
0
1
1
1
1
×
0
0
1
1
0
0
1
1
×
0
1
0
1
0
1
0
1
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
无
17
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
AD7503 除 EN 端的控制逻辑电平相
反外,其它与 AD7501相同 。
⑵ AD7502
电平转换
EN A 1 A 0
U DD
( + 1 5 V )
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16A
1
G N D
EN
S 8
S 1
S 2
3S
5S
6S
4S
7S
O U T
U DD
U SS
A 0
AD
7 5 0 2
O U T
(1 ～ 4)
(5 ～ 8)
......
译码驱动
O U TS 8S 1
U SS
( - 1 5 V )
地
S S4 5O U T
图3, 8 A D 7 5 0 2 芯片结构及引脚功能
18
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.2 AD7502真值表
A1 A0 EN 接通通道
0
0
1
1
×
0
1
0
1
×
1
1
1
1
0
1和 5
2和 6
3和 7
4和 8
无
19
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
注意：
AD7501,AD7502,AD7503 芯片都
是单向多到一的多路开关，即信号只允许
从多个 (8个 ) 输入端向一个输出端传送。
⑶ CD4501
20
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
电平转换
译码驱动
S 1
U DD
( - 1 5 V)
( + 1 5 V )
地
S 4S 5 S 0S 2S 6S 7 S 3
I N H C B A
U EE
123 4 5
6
7
8
9 10 11
12 131415
16
Sm
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
G N D
S 1
S 2
3S5S
6S
4S
7S
U DD
CD
4 5 0 1
S 0
A
B
C
Sm
I N H
U EE
I N / OU T
( O UT / I N)
I N / OU T
I N / OU T
{
{
图3, 9 C D 4 5 0 1 芯片结构及引脚功能
CD4501为 8 通道单刀结构形式，它允许双
向使用，即可用于多到一的切换输出,也可用
于一到多的输出切换。
21
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.3 CD4501真值表
INH C B A 接通通道
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
×
0
0
1
1
0
0
1
1
×
0
1
0
1
0
1
0
1
×
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
无
22
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
⑷ CD4502
U
DD
( - 1 5 V )
( + 1 5 V )
地
U
EE
8
11
16
1 2
3
45
7
12
13
14 15
电平转换
译码驱动
I N H
6
B
9
A
10
Y ( O U T / I N )X ( O U T / I N )
X ( I N / O U T ) Y ( I N / O U T )
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
G N D
U DD
CD
4 5 0 2
A
B
I N H
U EE
( I N / O U T )Y
( O U T / I N )
Y
Y
( I N / O U T )
( I N / O U T )
X
( O U T / I N )
X
X
( I N / O U T )
{
{
}
}
图3, 1 0 C D 4 5 0 2 芯片结构及引脚功能
23
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.4 CD4502真值表
输 入 接通通道
A B X Y
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 × ×
0 0
1 1
2 2
3 3
均不通
INH
24
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
为了便于讨论，模拟多路开关中的一个开
关用图 3.11所示的等效电路来表示。
第 3章 模拟多路开关
25
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
~U S
R S
C I
C IO
R ON
R O F F
C O C LR L
图3, 1 1 模拟多路开关中一个开关的等效电路
RS为信号源内阻, CI为开关的输入电容,
RON是开关的导通电阻,ROFF是开关断开时的电
阻, CIO是跨接在开关输入与输出端上的电容,
CO是输出电容, RL和 CL为负载的电阻和电容。
26
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
1,漏电流
漏电流 —— 通过断开的模拟开关的电流，
用 IS表示。
27
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
在 n个模拟开关的
并联组合中，当一个开
关导通时，其它 n－ 1个
开关是断开的，未导通
开关的漏电流将通过导
通的开关流经信号源，
如图 3.12所示。
I
导
通
开
关
测量点
U OER L
R ON
R S
I
I
I
S
S
S
S
断
开
开
关
图3, 1 2 漏电流电路
这样，将在输出端
形成一个误差电压 UOE。
28
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
输出端的误差电压：
U n I R ROE S S ON? ? ?( ) ( )1
式中 IS — 单个开关的漏电流。
举例：
如用两个 AD7503构成 16路输入通道。由表
3.5可知, AD7503每个通道断开时的漏电流
IS=2nA（ 25℃ ）,其导通内阻 RON=300Ω,设
RS=1000Ω,则由式 (3-1) 可以算出漏电流引起
的输出误差电压为：
29
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
)V(1039)103.1()102(15 639OE ?? ???????U
设该系统的满量程输入电压为 100mV，
采用 12 位 A／ D转换器，每个量化级是
24.4?V,则误差电压大于系统的量化单位。
如果通道数增加或信号源内阻很大时，
情况还要严重。
改进的方法,采用分级结合电路。
30
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
将 3n个通道分
成 3 组, 再用 3个第
二级的开关接到输
出端。这样将使流
到输出端的漏电流
由 (3n－ 1) 降到
(n－ 1),差不多减
至 1
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A
B
C
输出
1
2
n
1
2
n
1
2
n
①
②
③
图3, 1 3 多路开关的分级组合
31
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
2,动态响应
响应参数
开关切换时间（设定时间）
开关闭合后系统带宽
U S
R S R ON
C I C T R
L~
图3, 1 4 多路开关的动态响应等效电路
32
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
⑴ 设定时间 tS
设 CI << CT, 则化简图 3.14,得
T R R CC S ON T? ? ?( )
则
t TS C? ln 100
误差
【 例 3.1】 设 RON=100Ω,COT=100pF,CL=20pF，
RL=10MΩ,CI=5pF,精度 0.1%,求
设定时间。
33
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
解：当 RS = 0 时
t R R C
S S ON T
ns
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?
? ?
?
?
?
?
( ) ln ln
.
,ln
.
.
100
100 120 10
100
0 1
1 20 10 1000
8 29 10
82 9
12
8
8
误差
当 RS = 2000Ω 时
s74.1101.174
1 0 0 0ln102.25
1.0
100
ln101202 1 0 0
8-
812
S
????
??????? ??t
34
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
从以上计算可以看到,RS↓,开关切换 ↑。
因此, 要想法降低 RS 和总输出电容 COT 。
⑵ 等效电路的带宽
f
R R CdB S ON T3
1
2
?
?? ( )
35
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
3,源负载效应误差
源负载效应误差 —— 信号源电阻 RS和开
关导通电阻 RON与
多路开关所接器件
的等效电阻 RL分压
而引起的误差 。
计算源负载效应误差的等效电路如图 3.15所示 。
36
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
R S R ON
R L
U S ~
图3, 1 5 源负载效应的等效电路
源负载效应误差 = R R
R R R
S ON
S ON L
?
? ?
? 100%
37
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
由于负载效应是一种分压作用，使输
出到上的信号减小，因此
应合理设计
① 提高负载内阻,RL >> RS+RON
② 根据负载效应误差，在下级
提高增益来补偿
【 例 3.2】 设某通道 RS=300 Ω, RON=200 Ω,
RL=5M Ω, 求误差 。
38
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
解：
负载效应误差 =
%0 1 1.0%1 0 0
1052 5 03 0 0
2 5 03 0 0
%1 0 0
6
??
???
?
?
?
??
?
LONS
ONS
RRR
RR
4.串扰
串扰 — 断开通道的信号电压耦合到接
收通道引起的干扰。
39
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
分析串扰的等效电路如图 3.16所示 。
U S1
U S1
R S1
R O N 2
R S2
C in 2
C in 1
C 10
C 10
C COT + L U
OE
U OE
C COT + L
R ON
( a )
( c )
( b ) 若 R O N 2
≥ R S1 或 R S2
~
R S1
~
~
C 10
C OT + C LC in 2 + U
OER S2
C in 1
U S1
图3, 1 6 计算串扰的等效电路
40
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
可知
① 减小 RS2与 RON，有利于减小串扰。
② 加大 CL也能减小串扰，但不利于
动态响应。
41
SDUT
数据采集与处理
3.5 多路开关的配置
1.单端接法
单端接法 —— 把所有输入信号源的一端
接至同一信号地，另一端
各自接至多路开关的相应
输入端。
如图 3.17所示 。
第 3章 模拟多路开关
42
SDUT
数据采集与处理
3.5 多路开关的配置
图 3.17(a)的信号地与模拟地很接近，
但实际很难做到。
-
+
UO..
.
..
.
..
.
-
+
UO..
.
模拟地 模拟地信号地
US1 RS1
US2 RS2
USn RSn
US1 RS1
US2 RS2
USn RSn
Ucm1
Rf Rf
(a) (b)
图 3.17 单端接法
Ucm
Ucm2
Ucmn
43
SDUT
数据采集与处理
图 3.17(b)的信号地与模拟地相离较远 。
优点：
缺点：
能使用系统的全部通道。
抗共模干扰能力差。
2,双端接法
双端接法 —— 把所有输入信号源的两
端各自分别接至多路开
关的输入端。
3.5 多路开关的配置
44
SDUT
数据采集与处理
双端接法如图 3.18所示 。
3.5 多路开关的配置
-
+
US1
RS1
US2
RS2
RSn
USn
Ucm1
Ucm2
Ucmn
UO
Rf
图 3.18 双端接法
45
SDUT
数据采集与处理
优点：
缺点：
注意,当信号源的信噪比较小时，必须
使用此接法。
抗共模干扰能力强。
只能使用系统的一半通道。
3.5 多路开关的配置
46
SDUT
数据采集与处理
A
+
-
S0 Sm
INH
U1 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
Q Q
74LS273
D D
SDUT
数据采集与处理
3.1 概述
3.2 多路开关的工作原理及主要技
术指标
3.3 多路开关集成芯片
第 3章 模拟多路开关
3.4 多路开关的电路特性
3.5 多路开关的配置
3.6 模拟多路开关的应用
2
SDUT
数据采集与处理
3.1 概述
第 3章 模拟多路开关
作用,将多路被测信号分别传送到 A/D转
换器进行转换。
机电式：
电子式：
类型
用于大电流、低速切换
用于小电流、高速切换
3
SDUT
数据采集与处理
3.1 概 述
双极性晶体管开关
场效应晶体管开关
电
子
式
类
型
结型
绝缘栅型
集成电路开关
4
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数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
第 3章 模拟多路开关
1,多路开关工作原理
⑴ 双极型晶体管开关
+ 1 5 V
+ 1 5 V
T 1
T 1
T
8
T 8
.
.
.
通道选择 1
通道选择 8
U i1
U
C8
U
C1
U i8
R 11
R 21
18R
28R
U o
模拟信号1
模拟信号8
图3, 2 双极型晶体管开关电路
其工作原理如下：
设选择第 1路模拟信号。
则令通道控制信号
UC1= 0,晶体管 T1′截止，
集电极为高电平，晶体管
T1导通，输入信号电压
Ui1被选中 。
5
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
同理,当令通道控制信号 UC2= 0 时，则选
中第 2路模拟信号,UO = Ui2 。
注意,在控制信号 UC1～ UC8中不能同时有
两个或两个以上为 0。
优点：
缺点：
② 电流控制器件，功耗大，集成度
低，一个方向传送信号。
① 漏电流大，开路电阻小，导通电
阻大。
开关速度快。
6
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2,场效应管开关
⑴ 结型场效应晶体管开关
开关电路如图 3.3所示。
.
.
.
T
1
T 1
T 8
T 8
U i1
U i8
U C1
U C8
通道选择1
通道选择8
U o
R 18
28R
11R
21R
图3, 3 结型场效应管多路开关
工作原理如下：
设选择第 1路信号。
则令通道控制信号 UC1=1，
则开关控制管 T1′导通，集电
极为低电平，场效应管 T1导
通, UO=Ui1 。
当 UC1 =0时, T1′截止，
T1也截止，第 1路输入信号被
切断。
7
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
优点：
缺点：
开关切换速度快，导通电阻小，可
两个方向传送信号。
为分立元件，需专门的电平转换电
路驱动，使用不方便。
⑵ 绝缘栅场效应管开关
8
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
+ 4 V
+ 4 V
-2 0 V
-2 0 V
T 1
T 1
T
8
T
8
R 11
R 21
R 18
R 28
U o
U i1
U C1
U i8
U C8
.
.
.
图3, 4 绝缘栅场效应管多路开关
其工作原理与结
型场效应管多路开关
类似。
9
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
优点：
缺点：
3,集成电路开关
集成电路开关 —— 将多路开关、计数器、
译码器制造在一个芯
片上。
开关切换速度快，导通电阻小，且
随信号电压变化波动小；易于和驱
动电路集成。
衬底要有保护电压。
10
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1 2 3 15 16
......
四- 十六线译码器
四位计数器
T
1
T
2
T
3
T
15
T
16
U 0U i3
U i2
U i1
U i 1 5
i 1 6U
计数
2
3
2
2
2
1
2
0
.
.
.
.
.
.
......
图3, 5 集成多路开关
工作原理如下：
设选择第 1路输入信号，
则计算机输出一个 4位二进
制码，把计数器置成 0001
状态，经四 — 十六线
译码器后，第 1根线输出高
电平，场效应管 T1导通，
UO= Ui1,选中第 1路信号。
如果要连续选通第 1路到
第 3路的信号，可以在计数器
加入计数脉冲，每加入一次
脉冲，计数器加 1，状态依次
变为 0001,0010,0011。
11
SDUT
数据采集与处理
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2,多路开关的主要指标
?RON,导通电阻 ；
?RONVS,导通电阻温度漂移 ；
?IC, 开关接通电流 ；
?IS, 开关断开时的泄漏电流 ；
?CS,开关断开时，开关对地电容 ；
?COUT,开关断开时，输出端对地电容 ；
12
SDUT
数据采集与处理
第 3章 模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片
1,无译码器的多路开关
开关类型：
TL182C,AD7510,AD7511,AD7512等 。
13
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16 S 1
S 2
S 3
S 4
D 1
A 1
A 2 D 2
D
3
A 3
D 4
A 4
U
SS
U DD
GND
N
C
图3, 6 A D 7 5 1 0 芯片
芯片中无译码
器，四个通道开关
都有各自的控制端。
14
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
优点,每一个开关可单独通断，也可同
时通断，使用方式比较灵活。
缺点：
引脚较多，使得片内所集成的开关较少。
当巡回检测点较多时，控制复杂。
2,有译码器的多路开关
⑴ AD7501（ AD7503）
15
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
.,,
电平转换
译码驱动
O U T
EN A 1A 2 A 0
S
8
S 1
U
SS
U DD
( - 1 5 V )
( + 1 5 V )
地
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16A
1
G N D
EN
A 2
S 8
S 1
S
2
3
S
5S
6
S
4S
7S
O U T
U DD
U
SS
A 0
AD
7 5 0 1
.,,
图3, 7 A D 7 5 0 1 （A D 7 5 0 3 ）芯片结构及引脚功能
片上所有逻辑输入与 TTL／ DTL及 CMOS
电路兼容 。
16
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.1 AD7501真值表
A2 A1 A0 EN 导通
0
0
0
0
1
1
1
1
×
0
0
1
1
0
0
1
1
×
0
1
0
1
0
1
0
1
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
无
17
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
AD7503 除 EN 端的控制逻辑电平相
反外,其它与 AD7501相同 。
⑵ AD7502
电平转换
EN A 1 A 0
U DD
( + 1 5 V )
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16A
1
G N D
EN
S 8
S 1
S 2
3S
5S
6S
4S
7S
O U T
U DD
U SS
A 0
AD
7 5 0 2
O U T
(1 ～ 4)
(5 ～ 8)
......
译码驱动
O U TS 8S 1
U SS
( - 1 5 V )
地
S S4 5O U T
图3, 8 A D 7 5 0 2 芯片结构及引脚功能
18
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.2 AD7502真值表
A1 A0 EN 接通通道
0
0
1
1
×
0
1
0
1
×
1
1
1
1
0
1和 5
2和 6
3和 7
4和 8
无
19
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
注意：
AD7501,AD7502,AD7503 芯片都
是单向多到一的多路开关，即信号只允许
从多个 (8个 ) 输入端向一个输出端传送。
⑶ CD4501
20
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
电平转换
译码驱动
S 1
U DD
( - 1 5 V)
( + 1 5 V )
地
S 4S 5 S 0S 2S 6S 7 S 3
I N H C B A
U EE
123 4 5
6
7
8
9 10 11
12 131415
16
Sm
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
G N D
S 1
S 2
3S5S
6S
4S
7S
U DD
CD
4 5 0 1
S 0
A
B
C
Sm
I N H
U EE
I N / OU T
( O UT / I N)
I N / OU T
I N / OU T
{
{
图3, 9 C D 4 5 0 1 芯片结构及引脚功能
CD4501为 8 通道单刀结构形式，它允许双
向使用，即可用于多到一的切换输出,也可用
于一到多的输出切换。
21
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.3 CD4501真值表
INH C B A 接通通道
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
×
0
0
1
1
0
0
1
1
×
0
1
0
1
0
1
0
1
×
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
无
22
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
⑷ CD4502
U
DD
( - 1 5 V )
( + 1 5 V )
地
U
EE
8
11
16
1 2
3
45
7
12
13
14 15
电平转换
译码驱动
I N H
6
B
9
A
10
Y ( O U T / I N )X ( O U T / I N )
X ( I N / O U T ) Y ( I N / O U T )
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
G N D
U DD
CD
4 5 0 2
A
B
I N H
U EE
( I N / O U T )Y
( O U T / I N )
Y
Y
( I N / O U T )
( I N / O U T )
X
( O U T / I N )
X
X
( I N / O U T )
{
{
}
}
图3, 1 0 C D 4 5 0 2 芯片结构及引脚功能
23
SDUT
数据采集与处理
3.3 多路开关集成芯片
表 3.4 CD4502真值表
输 入 接通通道
A B X Y
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 × ×
0 0
1 1
2 2
3 3
均不通
INH
24
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
为了便于讨论，模拟多路开关中的一个开
关用图 3.11所示的等效电路来表示。
第 3章 模拟多路开关
25
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
~U S
R S
C I
C IO
R ON
R O F F
C O C LR L
图3, 1 1 模拟多路开关中一个开关的等效电路
RS为信号源内阻, CI为开关的输入电容,
RON是开关的导通电阻,ROFF是开关断开时的电
阻, CIO是跨接在开关输入与输出端上的电容,
CO是输出电容, RL和 CL为负载的电阻和电容。
26
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
1,漏电流
漏电流 —— 通过断开的模拟开关的电流，
用 IS表示。
27
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
在 n个模拟开关的
并联组合中，当一个开
关导通时，其它 n－ 1个
开关是断开的，未导通
开关的漏电流将通过导
通的开关流经信号源，
如图 3.12所示。
I
导
通
开
关
测量点
U OER L
R ON
R S
I
I
I
S
S
S
S
断
开
开
关
图3, 1 2 漏电流电路
这样，将在输出端
形成一个误差电压 UOE。
28
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
输出端的误差电压：
U n I R ROE S S ON? ? ?( ) ( )1
式中 IS — 单个开关的漏电流。
举例：
如用两个 AD7503构成 16路输入通道。由表
3.5可知, AD7503每个通道断开时的漏电流
IS=2nA（ 25℃ ）,其导通内阻 RON=300Ω,设
RS=1000Ω,则由式 (3-1) 可以算出漏电流引起
的输出误差电压为：
29
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
)V(1039)103.1()102(15 639OE ?? ???????U
设该系统的满量程输入电压为 100mV，
采用 12 位 A／ D转换器，每个量化级是
24.4?V,则误差电压大于系统的量化单位。
如果通道数增加或信号源内阻很大时，
情况还要严重。
改进的方法,采用分级结合电路。
30
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
将 3n个通道分
成 3 组, 再用 3个第
二级的开关接到输
出端。这样将使流
到输出端的漏电流
由 (3n－ 1) 降到
(n－ 1),差不多减
至 1
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A
B
C
输出
1
2
n
1
2
n
1
2
n
①
②
③
图3, 1 3 多路开关的分级组合
31
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
2,动态响应
响应参数
开关切换时间（设定时间）
开关闭合后系统带宽
U S
R S R ON
C I C T R
L~
图3, 1 4 多路开关的动态响应等效电路
32
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
⑴ 设定时间 tS
设 CI << CT, 则化简图 3.14,得
T R R CC S ON T? ? ?( )
则
t TS C? ln 100
误差
【 例 3.1】 设 RON=100Ω,COT=100pF,CL=20pF，
RL=10MΩ,CI=5pF,精度 0.1%,求
设定时间。
33
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
解：当 RS = 0 时
t R R C
S S ON T
ns
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?
? ?
?
?
?
?
( ) ln ln
.
,ln
.
.
100
100 120 10
100
0 1
1 20 10 1000
8 29 10
82 9
12
8
8
误差
当 RS = 2000Ω 时
s74.1101.174
1 0 0 0ln102.25
1.0
100
ln101202 1 0 0
8-
812
S
????
??????? ??t
34
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
从以上计算可以看到,RS↓,开关切换 ↑。
因此, 要想法降低 RS 和总输出电容 COT 。
⑵ 等效电路的带宽
f
R R CdB S ON T3
1
2
?
?? ( )
35
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
3,源负载效应误差
源负载效应误差 —— 信号源电阻 RS和开
关导通电阻 RON与
多路开关所接器件
的等效电阻 RL分压
而引起的误差 。
计算源负载效应误差的等效电路如图 3.15所示 。
36
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
R S R ON
R L
U S ~
图3, 1 5 源负载效应的等效电路
源负载效应误差 = R R
R R R
S ON
S ON L
?
? ?
? 100%
37
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
由于负载效应是一种分压作用，使输
出到上的信号减小，因此
应合理设计
① 提高负载内阻,RL >> RS+RON
② 根据负载效应误差，在下级
提高增益来补偿
【 例 3.2】 设某通道 RS=300 Ω, RON=200 Ω,
RL=5M Ω, 求误差 。
38
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
解：
负载效应误差 =
%0 1 1.0%1 0 0
1052 5 03 0 0
2 5 03 0 0
%1 0 0
6
??
???
?
?
?
??
?
LONS
ONS
RRR
RR
4.串扰
串扰 — 断开通道的信号电压耦合到接
收通道引起的干扰。
39
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
分析串扰的等效电路如图 3.16所示 。
U S1
U S1
R S1
R O N 2
R S2
C in 2
C in 1
C 10
C 10
C COT + L U
OE
U OE
C COT + L
R ON
( a )
( c )
( b ) 若 R O N 2
≥ R S1 或 R S2
~
R S1
~
~
C 10
C OT + C LC in 2 + U
OER S2
C in 1
U S1
图3, 1 6 计算串扰的等效电路
40
SDUT
数据采集与处理
3.4 多路开关的电路特性
可知
① 减小 RS2与 RON，有利于减小串扰。
② 加大 CL也能减小串扰，但不利于
动态响应。
41
SDUT
数据采集与处理
3.5 多路开关的配置
1.单端接法
单端接法 —— 把所有输入信号源的一端
接至同一信号地，另一端
各自接至多路开关的相应
输入端。
如图 3.17所示 。
第 3章 模拟多路开关
42
SDUT
数据采集与处理
3.5 多路开关的配置
图 3.17(a)的信号地与模拟地很接近，
但实际很难做到。
-
+
UO..
.
..
.
..
.
-
+
UO..
.
模拟地 模拟地信号地
US1 RS1
US2 RS2
USn RSn
US1 RS1
US2 RS2
USn RSn
Ucm1
Rf Rf
(a) (b)
图 3.17 单端接法
Ucm
Ucm2
Ucmn
43
SDUT
数据采集与处理
图 3.17(b)的信号地与模拟地相离较远 。
优点：
缺点：
能使用系统的全部通道。
抗共模干扰能力差。
2,双端接法
双端接法 —— 把所有输入信号源的两
端各自分别接至多路开
关的输入端。
3.5 多路开关的配置
44
SDUT
数据采集与处理
双端接法如图 3.18所示 。
3.5 多路开关的配置
-
+
US1
RS1
US2
RS2
RSn
USn
Ucm1
Ucm2
Ucmn
UO
Rf
图 3.18 双端接法
45
SDUT
数据采集与处理
优点：
缺点：
注意,当信号源的信噪比较小时，必须
使用此接法。
抗共模干扰能力强。
只能使用系统的一半通道。
3.5 多路开关的配置
46
SDUT
数据采集与处理
A
+
-
S0 Sm
INH
U1 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
S0 Sm
INH
U2 C
B
S7 A
Q Q
74LS273
D D
