模拟开关与多路转换器

当开关频率和负载电阻降低时，由于模拟开关在下次切换之前才能把注入电荷泄漏掉
，所以开关输出包含正向尖峰和负向尖峰，如图12所示。

图12 在开关频率和负载电阻很低情况下模拟开关输出曲线

问：如何改善模拟开关的电荷注入作用?
答：如上所述，电荷注入效应是由于NMOS管和PMOS管的寄生栅漏电容的失配造成的。如果使寄生栅漏电容匹配，那么就几乎不会有电荷注入效应。ADI公司的CMOS模拟开关和多路转换器都能够很精密地做到这一点。通过在NMOS管的栅极和漏极之间引入一个虚拟电容(C DUMMY )的方法来解决它们之间的匹配问题，如图13所示。遗憾的是，只有在规定的条件下才能实现寄生电容的匹配，即PMOS管和NMOS管的源极电压都必须为0V。这样做是因为寄生电容C GDN 和C GDP 不恒定，而是随其源极电压变化而变化的。当NMOS和PMOS管

图13 在V
SOURCE =0V条件下，实现寄生电容的匹配

的源极电压变化时，其通道深度变化，从而使C GDN 和C GDP 跟着变化。因此电荷注入效应在V SOURCE =0V时的匹配情况，对于V SOURCE 为其它值时提供参考。注：在匹配条件下，即V SOURCE =0V，模拟开关的产品说明中通常给出电荷注入值。在这种情况下，大多数模拟开关的电荷注入值一般都非常好，最大2~3pC，但对于V SOURCE 等于其它值，电荷注入值将增加，增加程度依具体器件而定。许多产品说明都给出电荷注入值与源极电压V SOURCE 关系曲线。

问：在应用中，我如何减小电荷注入效应?

答：由于一定量的电荷注入引起的电荷注入效应在模拟开关的输出端产生一种电压毛刺。尖峰幅度是模拟开关输出的负载电容以及开关的导通时间和关断时间的函数，负载电容越大，输出电压毛刺越小，即Q=C×V或V=Q/C，其中Q恒定。当然，增加负载电容不是总能做到的，因为它会减少通道的带宽。但是对于音频应用来说，增加负载电容是减少那些无用的“劈拍”和“卡搭”声的有效方法。选择导通时间和关断时间短的模拟开关也是减小输出端尖峰幅度有效方法。因为在较长的时间范围内注入相同数量的电荷，从而使电漏泄时间变长，因此使毛刺变宽，而幅度降低。有些音频模拟开关，例如SSM2401/SSM2412(其导通时间规定为10ms)采用上述方法是非常有效的。还值得指出的是，电荷注入效应与模拟开关的导通电阻密切相关。通常导通电阻R ON 越低，电荷注入作用越坏。其原因显然与导通电阻的几何尺寸有关，因为增加加NMOS和PMOS管的面积会降低R ON ，而增大C GDN 和C GDP 。因此适当选择R ON 来降低电荷注入效应的方法，对于许多应用也是一种选择。

问：如何评估模拟开关和多路转换器的电荷注入作用?
答：评估模拟开关和多路转换器电荷注入作用的最有效方法如图14(左)所示。用相当高的工作频率(＞10kHz)控制开关的导通和断开，在(高阻探头)示波器的输出端观察输出波形，测得的类似曲线如图14(右)所示。注入到负载电容的电荷注入量按公式ΔVOUT ×CL计算，其中ΔV OUT 是输出脉冲幅度。

图14 电荷注入作用的评估方法