模擬開關(guān)主要是完成信號鏈路中的信號切換功能。采用MOS管的開關(guān)方式實現(xiàn)了對信號鏈路關(guān)斷或者打開；由于其功能類似于開關(guān)，而用模擬器件的特性實現(xiàn)，成為模擬開關(guān)。

模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號或斷開信號的作用。由于模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無機械觸點、體積小和使用壽命長等特點，因而，在自動控制系統(tǒng)和計算機中得到了廣泛應(yīng)用

由于采用了MOS管的開斷性能，模擬開關(guān)回路可以實現(xiàn)較高的關(guān)斷阻抗，一般是兆歐姆以上的關(guān)斷阻抗；和很低的導(dǎo)通阻抗，一般為幾個歐姆級別，因此可以很好的實現(xiàn)信號鏈路切換和斷開隔離的作用。根據(jù)應(yīng)用需求不同；模擬開關(guān)可以分為音頻模擬開關(guān)、視頻模擬開關(guān)、數(shù)字開關(guān)、通用模擬開關(guān)等。

多路模擬開關(guān)

是從多個模擬輸入信號中切換選擇所需輸入通道模擬輸入信號電路。場效應(yīng)晶體管作為模擬開關(guān)而得到廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點是工作速度可達10的6次方次/3，導(dǎo)通電阻低（5~25歐），截止電阻高達10的10次方歐。

研究表明：只有正確選擇多路開關(guān)的種類，注意多路開關(guān)與相關(guān)電路的合理搭配與協(xié)調(diào)，保證各電路單元有合適的工作狀態(tài)，才能充分發(fā)揮多路開關(guān)的性能，甚至彌補某性能指標的欠缺，收到預(yù)期的效果。目前市場上的多路開關(guān)以CMOS電路為主。

模擬開關(guān)是一種三穩(wěn)態(tài)電路，它可以根據(jù)選通控制的電平，決定輸入與輸出的連接狀態(tài)。當選通控制處在使能狀態(tài)時，輸出端與輸入端是導(dǎo)通狀態(tài)的；當選通控制處在非使能狀態(tài)時，輸出與輸入是阻斷狀態(tài)時，此時，無論輸入信號如何變化，模擬開關(guān)輸出均呈高阻狀態(tài)。

最基本的模擬開關(guān)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

其中，Q1為N溝通JFET（JunctionField-Effect Transistor，結(jié)型場效應(yīng)晶體管），當VGS=0時，源極與漏極之間是導(dǎo)通的，如下圖所示：

此時的電路等效如下圖所示：

其中，電阻RDS（ON）表示N溝通JFET導(dǎo)通時的漏-源導(dǎo)通電阻rDS（on）（Static Drain Source On Resistance），也是模擬開關(guān)的通態(tài)電阻RON（”O(jiān)N” Resistance），此時負載RL兩端的電壓如下式：

對于多通道的模擬開關(guān)芯片，每個通道都有一個通態(tài)電阻RON，這些通態(tài)電阻之間的差值稱為ΔRON（Δ”O(jiān)N” Resistance Between any two switches）。

模擬開關(guān)有一個最大開關(guān)電流，即飽和漏極電流IDSS（Zero Gate voltage Drain Current），但有些數(shù)據(jù)手冊中沒有這個參數(shù)，一般在幾百毫安以內(nèi)。

當柵-源電壓VGS《VGS（OFF）（柵-源夾斷電壓，一般在-1V～-10V）時，源極與漏極之間是斷開的，如下圖所示：

此時電路等效如下：

其中，電阻RDS（OFF）表示模擬開關(guān)斷開時呈現(xiàn)的阻值，應(yīng)足以達到抑制相鄰兩個信號鏈路相互干擾，此時負載RL兩端的電壓如下式：

我們通常將模擬開關(guān)表示如下圖所示：

其中，O/C表示模擬開關(guān)控制引腳（Open/Close）

用P溝通JFET也可以組成模擬開關(guān)，但目前最常用的還是用MOSFET構(gòu)成的開關(guān)，因為MOS技術(shù)是大規(guī)模數(shù)字集成電路的基礎(chǔ)，這樣可以在同一工藝下將模擬與數(shù)字功能實現(xiàn)在同一塊芯片上，如下所示：

但是，無論是JFET或MOS構(gòu)成的模擬開關(guān)，它們導(dǎo)通時漏-源通態(tài)電阻RDS（ON）都與柵-源電壓VGS有關(guān)，而在輸入信號Ui的變化過程中，VGS也是一直隨之變化的，如下圖所示：

在信號的傳輸過程中，真正施加在MOS管柵-源兩極的電壓VGS=-（15V-UO），而UO是與Ui相關(guān)的，如果輸入信號Ui足夠大的話，甚至會在信號傳輸過程中將MOS管關(guān)斷，這顯然不是我們想要的結(jié)果，因為我們的目標是得到一個恒定的（或比較恒定的）導(dǎo)通電阻RON。我們當然也希望導(dǎo)通電阻越小越好，但是在很多應(yīng)用中，模擬開關(guān)的恒定通態(tài)電阻（導(dǎo)電率）是最重要的，也就是通態(tài)阻抗平坦度RDS（flat），因為它關(guān)乎輸出電壓的精度。

比如，用高精度ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）進行多路電壓信號采集時，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻RON不必強制要求有多小，但只要它們的導(dǎo)通電阻RON是恒定的，可以在算法上將其帶來的誤差清除。

用一對互補MOSFET（即CMOS）即可消除這些缺點，它的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

當O/C控制引腳為高電平時，Q1（PMOS）因柵-源電壓VGS《VGS（ON）而導(dǎo)通（PMOS的導(dǎo)通閾值為負電壓），同樣，Q2（NMOS）因柵-源電壓VGS》VGS（ON）而導(dǎo)通（NMOS的導(dǎo)通閾值為正電壓），如下圖所示：

此時模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻為兩個MOS管導(dǎo)通電阻RDS（ON）的并聯(lián)，它們的特性曲線如下圖所示：

NMOS管在信號比較低時的導(dǎo)通電阻較小，而PMOS管則在輸入信號較高時的導(dǎo)通電阻較小，兩個電阻并聯(lián)后，則在整個信號的有效范圍內(nèi)都比較低。

當O/C控制引腳為低電平時，兩個MOS管均為阻斷狀態(tài)，如下圖所示：

有些數(shù)據(jù)手冊也會給出這個導(dǎo)通電阻的信息，如下圖所示：（來自intersil的CD4051數(shù)據(jù)手冊）

這種基本的結(jié)構(gòu)也叫做傳輸柵，有些規(guī)格書中以下面的符號表示：

比如，CD4066的原理框圖如下所示：（下圖來自UTC的CD4066數(shù)據(jù)手冊）

既然模擬開關(guān)由MOS管構(gòu)成，自然也有相應(yīng)頻率響應(yīng)的最大值，這個值通常可以達到數(shù)十兆，它包含兩種情況：即開關(guān)分別在導(dǎo)通狀態(tài)下與阻斷狀態(tài)下頻率響應(yīng)。開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下的頻率響應(yīng)（FrequencyResponse-Switch “ON”）比較好理解，就是在模擬開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)下，信號能夠通過的最大頻率，那么阻斷狀態(tài)下的頻率響應(yīng)又是個神馬東西？如下圖所示：（以下均來自UTC的模擬開關(guān)CD4066數(shù)據(jù)手冊）

其中，F(xiàn)eedthrough –Switch “OFF”表示在模擬開關(guān)阻斷狀態(tài)下的饋通頻率，我們看看Fig.4的測試電路圖，如下所示：

上圖已經(jīng)說了，當VCON=VSS（即模擬開關(guān)阻斷時）時，電路用來測試饋通（Feedthrough）狀態(tài)下的頻率響應(yīng)。理論上，在模擬開關(guān)阻斷狀態(tài)下，無論有沒有輸入信號VIS，其相應(yīng)的輸出VOS是不會有輸出的，但是MOS管本身是有寄生電容的（如上表中的CIO，也稱為CDS，即漏極-源極電容），在關(guān)斷狀態(tài)下如果輸入信號頻率超過一定值，那信號就阻斷不了了，它會通過電容CIO以高頻耦合的方式通過開關(guān)，使得開關(guān)呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)。如下圖所示：

還有一個參數(shù)是控制引腳的最大開關(guān)頻率（Maximum Control Input），一般我們說模擬開關(guān)的速度就是指這個參數(shù)，而不是上面提到的頻率響應(yīng)的最大值。它的測試電路如下所示：

模擬開關(guān)芯片有多個通道時，通道與通道間也會有信號的串擾，這與PCB板走線串擾是同樣的道理，如下圖所示：

它是指沒有輸入信號的選通通道（下側(cè)）接收到來自相鄰?fù)ǖ溃ㄉ蟼?cè)）信號引起的干擾，即VOS（2），注意表格中的測試條件：下側(cè)的VCON（2）=VSS不是0，而是5V，也就是選通狀態(tài)。