问：ADI公司不给出ADG系列模拟开关和多路转换器的带宽，这是为什么?
答：ADG虽然系列模拟开关和多路转换器的输入带宽高达数百兆赫，但其带宽指标本身并不十分有意义。因为在高频情况下，关闭隔离(offisolation)关扰指标明显恶化。例如，在1MHz开关关闭隔离的典型值为70dB，典型串扰值为-85dB。因为这两个指标都是2020dB/ 倍频下降，所以在10MHz关闭隔离降至50dB，串扰增加为-65dB；在100MHz关闭隔离降至30dB，串扰增加为-45dB。因此，仅仅考虑带宽是不够的，必须考虑这两个指标在所需的高频工作条件下是否能满足应用的要求。(关断隔离是指当开关断开时，对耦合无用信号的测量-译者注。)
问：当电源电压低于产品说明书中规定值时，哪种模拟开关和多路转换器仍然可以正确
常工作?
答：ADG电源电压降至系列所有模开关和多路转换器 5V或±5V能正常工作。响应时间、导电阻、电源电流和漏电流是受电源电压影响的技术指标。降低电源电压会降低电源电流和泄漏电流。例如，在125°C，±15V时，ADG411关闭状态源极漏电流IS(OFF)以及泄漏电流ID(OFF)都为±20nA，导通状态漏极漏电流ID(ON)为±40nA；当电源电压降至相同温度时±5V，IS(OFF)和ID(OFF)降为±25nA，ID(ON)降为±5nA。在 125°C，±15V时，电源电流I DD ，I SS 和IL最大为5μA；在±5V当电源电流最大值降至1时μA。随着电源电压的降低，导通电阻和响应时间增加。图1和图2分别显示ADG导通电阻与响应时间随电源电压变化的关系曲线为408。
图1 导电阻和电源
电压关系曲线
问：有些ADG使用系列模拟开关DI工艺制造，DI怎么回事？
答：DI是英文Dielectric Isolation根据介质隔离的缩写，DI工艺要求，每
个CMOS开关的NMOS管和PMOS管道之间有一层绝缘层（沟）。这可以消除普通模拟开关之间的寄生PN因此，可以制造出完全防锁的开关。PN在结隔离(不是沟)过程中，
图2 曲线响应时间与电源电压的关系
图3 DI工艺结构示意
PMOS和NMOS管道中的N通道和P通道构成反向偏置正常工作的二极管。当模拟输入信号超过电源电压时，开关处于过压或断电状态，二极管处于正偏置，形成类似于可控硅的双晶控硅(SCR)电路。由于电流剧烈放大，最终导致锁定。然而，采用DI工艺制造的CMOS开关不会产生这种二极管效应，因此设备可以防止锁定。
问:带故障保护的多路开关或通道保护器是如何工作的？
答:有故障保护的多路开关的通道或通道保护器由两个NMOS管和两个PMOS管组成的。其中一个PMOS不管是否放在直接信号路上，通常是另一个PMOS管的源极与其衬底(背栅极)相连。这样可以降低阈值电压，增加正常工作条件下输入信号的范围。基于同样的原因，一个NMOS管道的源极与另一个管道的背栅极相连。在正常工作过程中，带有故障保护的多路转换器与普通设备一样工作。当输入通道出现故障时，这意味着输入信号超过由电源电压决定的阈值电压。阈值电压与电源电压的关系如下：
由于正过压，阈值电压为(V DD -V TN )决定。其中V TN 为NMOS管道阈值电压(典型值15V)；对于负过压，阈值电压是由(V SS -V TP )决定。其中VTP 为PMOS管道阈值电压(典型值2V)。当输入电压超过上述阈值电压且通道未加载时，通道输出电压可以夹紧到阈值电压。
问:过压时，上述多路转换器如何工作？
答:图4和图5显示了过压条件下信号路经晶体管的工作情况。图4显示当正过压信号添加到通道时，NMOS，PMOS和NMOS三管串联工作。当第一个NMOS管道漏极电压超过(V DD -V TN )它进入饱和工作状态。它的源极电位等于(V DD-V TN )，而其它两个MOS管道处于不饱和状态。
图4 过压施加在通道上的工作情况
图5 在通道上施加负过压的工作情况
超过阈值时(V SS -V TP )时，PMOS管道进入饱和工作模式。另外两个就像过压一样MOS管道处于不饱和状态。
问：负载如何影响位电压？
答:当通道加载时，输出电压位于两个阈值电压之间。例如，负载为1kΩ，V DD = 15.正过压时，输出电压位于(V DD -V TN -ΔV)，其中ΔV两个非饱和通道MOS管道上产生的电压降IR。这个例子表明被夹位NMOS管道的输出电压低于135V。因为剩下的两个MOS管的导通电阻通常为100Ω，所以流过的电流是135V/(1kΩ 100Ω)=1227mA，这两根管子(NMOS和PMOS)电压降为12V，从而使夹位电压VCLAMP 为123V。因此，故障期间的输出电流由负载决定，即V CLAMP /RL。
图6 确定位电压
问：当电源断电时，多路转换开关和带故障保护的通道保护器是否作用？
A:是的。当电源电压降低或突然断电时，该设备仍具有故障保护功能。
当V DD 和V SS 等于0V如图7所示，此时电流小于亚纳安
级。
问：什么是电荷注入？
答：模拟开关和多路转换器中的电荷注入是指
图7 断电状态
构成模拟开关的NMOS和PMOS管道伴随的杂散电容引起的电荷变化。模拟开关的结构模型及其伴随的杂散电容如图8和9所示。模拟开关基本上是由一个
NMOS管和一个PMOS管并联而成。对于双极输入信号，该结构产生浴缸形电阻，其等效电路图显示了电荷注入效应引起的主要寄生电容C GDN (NMOS管栅漏电容)和G GDP (PMOS管栅漏电容)。伴随PMOS管产生的栅漏电容大约是NMOS由于这两种管道具有相同的导通电阻，管道产生的网格泄漏电容为2倍，PMOS管道面积约为NMOS管的2倍。因此，对于着市场上获得的典型模拟开关PMOS管道产生的杂散电容约为NMOS管的2倍。
图8 寄生电容器显示CMOS模拟开关电路结构
图9 主要寄生电容由电荷注入效应引起的等效电路
当开关导通时，正电压增加NMOS管道的栅极，负电压加到PMOS管的栅极。因为寄生电容C
GDN 和C GDP 不匹配，因此注入漏极的正负电荷数量不相等，导致模拟开关输出端的电荷迁移，呈现负电压的尖脉冲。由于模拟开关现在处于导通状态，负电荷通过模拟开关(100Ω)快速放电。在第5μs模拟曲线可以说明这一点(见图10和11)。当开关断开时，负电压加到NMOS管的栅极，正电压加到PMOS管的栅极。
从而将充电电荷添加到模拟开关的输出端。由于模拟开关现在断开，请注意这一点
进入正电荷的放电路处于高阻状态(100MΩ)。这样，在下次导通之前，负载电容器总是在下次导通之前
存储此电荷。这种模拟曲线清楚地说明，CL上带电压(由于电荷注入)在第25位μs再次
导通之前一直保持170mV。此时，将等量负电荷注入输出端，从而使CL上的电压
降到0V。在第35μs该模拟开关再次导通，上述过程以此周期连续进行。
图10 用于图11模拟输出曲线的时序图
图11 100kHz模拟开关电荷注射效应模拟输出曲线
当开关频率和负载电阻降低时，模拟开关只能在下次切换前泄漏注入电荷
，因此，开关输出包括正向和负向，如图12所示。
图12 当开关频率和负载电阻很低时，模拟开关输出曲线
问:如何改善模拟开关的电荷注入？
答:如上所述，电荷注入效应是由于NMOS管和PMOS管道寄生栅漏电容失配。若使寄生栅漏电容匹配，则几乎没有电荷注入效应。ADI公司的CMOS模拟开关和多路转换器都能做到这一点。通过在NMOS虚拟电容器介绍在管的栅极和漏极之间(C DUMMY )解决它们之间的匹配问题的方法如图13所示。不幸的是，寄生电容器的匹配只能在规定的条件下实现，即PMOS管和NMOS管道的源极电压必须为0V。这是因为寄生电容是这样做的C GDN 和C GDP 它不是恒定的，而是随着源极电压的变化而变化。当NMOS和PMOS管
图13 在V
SOURCE =0V在条件下，实现寄生电容的匹配
当源极电压发生变化时，其通道深度发生变化C GDN 和C GDP 跟着变化。因此，电荷注入效应在V SOURCE =0V时间匹配，对V SOURCE 为其他值时提供参考。注：在匹配条件下V SOURCE =0V，电荷注入值通常在模拟开关的产品说明中给出。在这种情况下，大多数模拟开关的电荷注入值一般都很好，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。许多产品描述都给出了电荷注入值和源极电压V SOURCE 关系曲线。
问：在应用中，我如何减小电荷注入效应?
答：在模拟开关的输出端，由于一定量的电荷注入引起的电荷注入效应产生电压毛刺。峰值范围是模拟开关输出的负载电容、开关的导通时间和关闭时间的函数。负载电容越大，输出电压毛刺越小，即Q=C×V或V=Q/C，Q恒定。当然，增加负载电容并不总是可以的，因为它会降低通道的带宽。但对于音频应用来说，增加负载电容是减少无用劈开和卡住声音的有效方法。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。由于在较长的时间内注入相同数量的电荷，从而延长电泄漏时间，从而使毛刺变宽，减少幅度。一些音频模拟开关，如SSM2401/SSM2412(10)ms)上述方法非常有效。值得注意的是，电荷注入效应与模拟开关的导电阻密切相关。通常导电阻R ON 电荷注入越低，效果越差。其原因显然与导电阻的几何尺寸有关，因为增加NMOS和PMOS降低管道面积R ON ，而增大C GDN 和C GDP 。所以适当的选择R ON 对于许多应用程序来说，降低电荷注入效应的方法也是一种选择。
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的最佳功能效方法如图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
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