1 简介

        许多数据采集系统的在多通道间选择时需要使用模拟开关，相比同类的机械开关，半导体开关锁表现出的工作特性是迥然不同的。如：处在闭合位置的CMOS开关的电阻（导通电阻 “Ron”）会因输入电压的不同而改变。该特性通常是不需要的，在某些应用中将使输入信号产生显著的失真。

2 工作原理

        典型的固态模拟开关由两个沟道极性相反的MOSFET组成，并被配置为一个传输门。FET栅极上的控制电压（C和C）是极性相反的直流（DC）电压。当NMOS晶体管的栅极为高电平且PMOS晶体管的栅极为低电平时，开关是闭合的。正输入电压把PMOS的VGS驱动至更负，从而减小PMOS导通电阻（也就是为什么导通电阻Ron会受输入电压的影响）。于是PMOS是用正电压的主要电流路径。相反，施加至输入端子的负电压却增加NMOS FET的栅极至源极电压VGS，从而减小其导通电阻，并允许电流流过NMOS路径。

        其导通电阻与信号电压关系曲线如下：

         

3 应用实例问题

下图为一个内置CMOS开关的基本模拟输出电路。 这里，开关用于将负载与一个运算放大器的输出断链。CMOS开关的此类用途在音频中非常普遍，可用于抑制上述电路在上电或断电期间产生的“噼啪声”。开关导通电阻与负载电阻RL形成一个分压器，输出电压为：

         实际上，Ron（s1）的值并不是一个常数，而是VIN的一个函数。所以VOUT可改写为：

继续简化： 

按麦克劳林级数改写：

 假设 X = SIN(2 * PI * f * t)，则

 下图对负载分别为100K和600Ω进行了THD + N测试，对比两者的数据，可以看出来负载电阻变小后，失真将增加一个数量级。

        下图为输入1VP-P@1KHz正弦波的频率数据 

4 解决措施 

        若将模拟开关接入至放大器的反馈环路中，可以减小更多的失真。但是在开关断开的状态下，放大器就没法工作在负反馈工作模式下。否则放大器将工作类比较器模式下，输出端将出现饱和值电源轨的其中一端，这样在负载上会产生一个瞬态电压现象

        另外一种方案是在电路中使用两个模拟开关，一个开关S1是用于负载的型号路径。第二个开关S2则允许运放反馈环路围绕第一个开关进行闭合。S2在系统中增加的失真是微乎其微的，因为运放的反相输入端是一个非常高的阻抗。

        当两个开关均闭合时，电阻R1与S1和S2导通的电阻并联，为了实现最小的失真，居主导地位反馈路径应穿过导通开关，而非R1。因此，R1 >> Ron(s1) + Ron(s2)。这样即使S1、S2断开时，运算放大器也能通过R1实现负反馈工作。

改进电路的THD+N测试

改进电路的频谱测试