模擬開關在從大量不同輸入中進行選擇時的基本原理和要求。雖然這些與所有應用程序相關，但從某些特定應用程序來看，需要考慮一些額外的要求。在切換RF或音頻信號以及多路復用I2C信號時尤其如此。

傳輸或切換模擬信號時，保持信號完整性是關鍵。當處理模擬信號時，它們可以被放大、衰減和延遲。因此，設計人員需要在這些效應之間找到適當的平衡，以確保相應應用的安全運行。

一些具體效果可以是：

由于開關中的高歐姆連接導致電壓下降，導致目標設備輸入端的電壓電平不足

開關后立即出現強烈的電壓過沖，導致所連接設備損壞或操作不安全

由于沒有電源和有源輸入而導致的內部行為不受控制。

在構建模擬開關時，有多種方法可以配置開關信號以滿足各自的應用要求。例如：

低歐姆模擬通道 – 為了在信號路徑中實現非常低的電壓損耗，調整管可以設計為低歐姆電阻 （< 1 Ω）。這可以通過擴展調整管的通道在內部實現，但與更高的通道電容有關，這可能導致開關瞬變

有限的電壓過沖 – 結合快速開關，可以在開關中實現專用控制電路，以防止過沖

省電模式 – 有源輸入不應引起不必要的行為，例如喚醒或VCC由輸出端連接的有源信號驅動，從而導致需要斷電保護。

模擬開關的特征行為和特點

模擬開關可以內置各種功能和特性，以根據專用要求優化其行為。例如，考慮子系統IC前面的開關，其中開關由微控制器控制。在上電階段，開關和子系統仍處于斷電模式，而驅動開關數字輸入信號的微處理器已經處于活動狀態。

當然，避免通過開關的數字輸入及其內部ESD箝位二極管喚醒子系統非常重要。預防機制稱為故障安全邏輯。內部電路阻止輸入連接到 V抄送器件斷電時的電源引腳。該方案如圖 1 所示。

當連接的輸入設備為 V 供電時，也會發生類似的效果抄送通過其模擬輸入引腳為開關供電。緩解效果稱為斷電保護，如圖2所示。

模擬信號開關質量的另一個重要方面可以在模擬多路復用器的行為中找到，其中選擇多個模擬輸入中的一個并將其連接到模擬輸出。用于緩解通道電流注入的內部電路結構如圖3所示，并在上一篇博客“當您的開關選擇不是二元決策時”中進行了介紹。

相關應用實例

射頻信號切換

切換RF信號時，信號完整性很重要，因為頻率很高，信號很脆弱。在下面的示例中，RF輸入信號被添加到DAC輸出或切換到GND。產生的信號驅動控制RF輸出信號的y MOSFET。由于RF信號的頻率很高，開關的任何開關瞬變都會干擾RF輸出信號，因此必須抑制開關的任何過沖或下沖行為。在本例中，Nexperia的低阻值單刀雙擲模擬開關XS5A1T4157可確保無過沖的精確開關，使其成為此應用案例的理想解決方案。

切換音頻信號

只有傳輸全電壓幅度，才能提供高質量的音頻信號。信號路徑中的任何損耗都會使信號質量失真并降低帶寬。因此，如果需要切換信號，開關必須盡可能低的歐姆。開關的非選定信號路徑必須具有高阻抗，以避免串擾效應。圖 5 中所示的示例顯示了用于打開或關閉音頻系統耳機的開關。由于開關僅用于開/關開關，并且在工作期間保持靜態，因此只需要低歐姆，而不一定具有低過沖。Nexperia針對這種情況的解決方案可能是低阻值SPDT模擬開關XS3A1T3157，帶和R上值通常為 0.5 Ω，確保極低的壓降。

多路復用I2C信號

I2C為漏極開路總線協議。雖然高電平是通過永久激活的上拉源和電阻產生的，但參與者可以主動下拉時鐘和數據信號的電壓電平。這意味著它們需要將上拉電路的電壓降低到較低水平，特別是接收器側的上拉電路。而傳輸線另一端的接收器需要識別低電平。I2C傳輸在較長傳輸線上的一個常見問題是線路上的壓降。如果太高，則接收器電壓不夠低，無法識別為低。因此，I2C網絡中的傳輸線和開關器件必須為低歐姆。

如圖6所示的可能的I2C網絡配置使用模擬開關在四個目標器件之間進行分離。如果目標設備具有相同的I2C地址或地址范圍有限，則需要這樣做。選擇通道需要兩個額外的選擇信號，并且可以使用一個使能引腳來使能或禁用器件。由于低歐姆通道連接<1 Ω，開關不會影響I2C總線上的信號完整性。

審核編輯：郭婷