介質(zhì)絕緣是把 IC 中每個(gè)晶體管放在自己的玻璃外套中(圖2。玻璃有比硅更低的介電常數(shù)，對(duì)介質(zhì)絕緣的部件產(chǎn)生非常低的內(nèi)電容。因此，如果輸入信號(hào)超出電源軌(圖3)，寄生SCR (可控硅整流器)的形成就能引起IC基材的閂鎖。制造商通常采用廉價(jià)的 CMOS 工藝為電子消費(fèi)產(chǎn)品制造部件，而這些部件的最大額定電壓為5.5V。例如，F(xiàn)airchild的 FSA2270T雙路SPDT (單刀雙擲)模擬開關(guān)擺幅低于負(fù)電壓軌，這樣在沒有負(fù)電源軌情況下也能通過雙極音頻信號(hào)(參考文獻(xiàn)3)。另外一個(gè)例子是德州儀器公司的 TS3USB221 多路復(fù)用器/解復(fù)用器開關(guān)，其工作電壓為 2.3V。

　　故障保護(hù)是另一個(gè)重要規(guī)格。具備這一特性的器件，即使其輸入電壓超過電源軌也不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。例如，Maxim 公司的 MAX388 模擬多路復(fù)用器的故障防護(hù)達(dá) 100V 。除提供內(nèi)部故障保護(hù)之外，線路還可以設(shè)計(jì)為在過壓情況下保護(hù)模擬開關(guān)。

　　導(dǎo)通電阻是模擬開關(guān)的另一個(gè)極為重要的規(guī)格。如果您的設(shè)計(jì)包含了一個(gè)為模擬開關(guān)提供緩沖的運(yùn)算放大器，導(dǎo)通電阻似乎并不重要。運(yùn)算放大器的輸入阻抗可能在兆歐水平，所以把一個(gè) 100Ω的模擬開關(guān)與輸入端串聯(lián)，意味著這個(gè)阻抗是可忽略的，但是僅對(duì)直流。開關(guān)的導(dǎo)通電阻能對(duì)放大器的雜散電容和輸入電容作出反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)能建立一個(gè)極點(diǎn)，使信號(hào)鏈的頻率響應(yīng)驟降，可能達(dá)到無(wú)法接受的水平。許多其它信號(hào)通路應(yīng)用需要更低的導(dǎo)通電阻。盡管幾十年前100Ω是可以接受的，那時(shí)工程師使用的是Fairchild通用CD4066 CMOS 模擬開關(guān)，但許多器件的導(dǎo)通電阻很快降低到 10Ω，現(xiàn)在已有多款低于 1Ω的模擬開關(guān)。例如， Pericom 公司的 PI3A3159 SPDT 模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻為0.4Ω。這些新部件可以在低至 2.7V 的工作電壓下，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻。

　　另一個(gè)重要規(guī)格是關(guān)態(tài)電阻，它量度的是開關(guān)阻擋信號(hào)的能力。模擬開關(guān)的基本關(guān)態(tài)電阻就是 MOS 晶體管的關(guān)態(tài)電阻，通常高于多數(shù)線路的需求。關(guān)態(tài)電阻也是 ESD (靜電放電)保護(hù)二極管的一個(gè)功能，這些二極管在 IC 片芯上，防止晶體管的處理和組裝中出現(xiàn)損壞(圖 4)。把關(guān)態(tài)電阻看成是一個(gè)泄露規(guī)格可能更有幫助。因?yàn)樾孤┟?10℃會(huì)加倍，應(yīng)總是在預(yù)期的電路最高工作溫度上檢查關(guān)態(tài)電阻。此外，關(guān)態(tài)電阻和泄漏是應(yīng)用于直流或低頻的規(guī)格。在更高頻率時(shí)，開關(guān)電容支配著關(guān)態(tài)電阻和泄漏。

　　對(duì)于現(xiàn)代模擬開關(guān)這么小的東西，不可避免會(huì)存在電容。引腳挨的很近，因此可以預(yù)計(jì)它們之間有數(shù)皮法的耦合電容。另外還必須處理晶體管結(jié)構(gòu)和基材之間的電容。制造商采用專有工藝生產(chǎn)現(xiàn)代部件，這樣部件就能在 RF 范圍工作，輕易地達(dá)到數(shù)百兆赫。

　　Maxim Intergratd Products公司的副業(yè)務(wù)經(jīng)理Manav Malhotra 稱，一些客戶要求制造商確定模擬開關(guān)的插入損耗和回波損耗，這是與射頻(RF)設(shè)計(jì)相關(guān)的規(guī)格。半導(dǎo)體模擬開關(guān)也有其弱點(diǎn)：各引腳與地或電源之間的電容。舌簧繼電器和 MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))開關(guān)有較小的雜散電容，使它們適合于延伸至千兆赫范圍的頻率，但是繼電器和 MEMS 都是機(jī)械性器件，在幾十萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)次的運(yùn)行循環(huán)中會(huì)磨損。舌簧繼電器開關(guān)的激勵(lì)需要很大功率;MEMS 器件的運(yùn)行需要成本昂貴的封裝，將硅梁保持在一個(gè)空區(qū)中。即使信號(hào)僅是數(shù)百千赫，也應(yīng)當(dāng)觀察模擬開關(guān)的引腳(包括地和電源)之間的電容，確定該器件是否能提供所需的隔離和串?dāng)_規(guī)格。

　　電荷注入是模擬開關(guān)中的另一個(gè)重要規(guī)格。打開開關(guān)會(huì)使電荷注入信號(hào)通道，在采樣保持穩(wěn)壓器和饋入放大器的多路復(fù)用器中，這可能會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。那些配合內(nèi)部電容的 IC設(shè)計(jì)能盡可能減少電荷注入。啟動(dòng)信號(hào)的上升沿越快，電荷注入的問題就會(huì)越嚴(yán)重。降低模擬開關(guān)控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率有可能把電荷注入降低到可接受的水平。如果在設(shè)計(jì)的信號(hào)通道中有任何高阻抗節(jié)點(diǎn)，請(qǐng)一定要評(píng)估這個(gè)因素。電荷注入常常是含模擬開關(guān)音頻電路產(chǎn)生爆破聲和卡嗒聲的原因。如同所有規(guī)格一樣，要在預(yù)期的全部設(shè)計(jì)工作溫度范圍上檢查這個(gè)因素。

　　許多模擬開關(guān)要傳送快速的數(shù)字信號(hào)，因此對(duì)于許多用戶來說，激勵(lì)速度是一個(gè)重要規(guī)格。即使在傳統(tǒng)應(yīng)用中，如數(shù)據(jù)采集多路復(fù)用器，必須在采樣保持分析時(shí)考慮開關(guān)速度因素，以確保在 ADC 測(cè)量之前，信號(hào)已經(jīng)穩(wěn)定到一個(gè)準(zhǔn)確的水平。也應(yīng)當(dāng)注意信號(hào)鏈中任何模擬開關(guān)的 PSRR (電源抑制比)。正如輸出和電源之間的電容能快速衰減信號(hào)一樣，同一個(gè)電容也能把電源軌上的高頻噪聲成份傳入輸出信號(hào)。最近，很多模擬電路采用開關(guān)電源供電。一定要檢查電源軌的頻譜內(nèi)容。如果頻率足夠高，它們將通過模擬開關(guān)的內(nèi)部電容進(jìn)入設(shè)計(jì)的輸出。在部件的電源腳串接一只電阻或電感，并在靠近模擬開關(guān)的位置放一個(gè)或多個(gè)去耦電容，可確保電源噪聲不會(huì)進(jìn)入設(shè)計(jì)的信號(hào)通道。這也會(huì)使線路對(duì) RFI(射頻干擾)有更強(qiáng)的抗干擾能力。

　　還有一個(gè)規(guī)格的重要性和其它規(guī)格一樣，這就是部件采用的封裝。如果設(shè)計(jì)一種手持式儀器或手機(jī)，就需要使器件采用 SC-70 或更小的封裝。如果要使用的是電源切換部件，那么可能需要大型封裝幫助功率耗散，防止部件變得過熱。另外一個(gè)封裝考慮是與標(biāo)準(zhǔn)部件引出腳的一致性。例如，如果需要更換一個(gè) Intersil DG403單片模擬開關(guān)，那么需要一個(gè)有相同封裝和出腳的部件。要得到一個(gè)低導(dǎo)通電阻的小封裝部件是一個(gè)挑戰(zhàn)。Maxim Integrated Products公司的接口開關(guān)和保護(hù)業(yè)務(wù)部的執(zhí)行董事 Jeffery DeAngelis 稱：“多數(shù)開關(guān)面臨的挑戰(zhàn)是物理問題。要得到更小的導(dǎo)通電阻，得在 FET 中并排放多個(gè)金手指 (柵極結(jié)構(gòu))。這么做得到了更低的導(dǎo)通電阻，但是片芯增大?！?/p>

　　電流消耗是另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。一些部件會(huì)根據(jù)應(yīng)用的控制信號(hào)電平而改變電源的電流。要在電路試驗(yàn)板上評(píng)估電源的電流，不要假設(shè)數(shù)據(jù)單上的標(biāo)稱數(shù)值就適用于電路。此外要注意電源電流會(huì)隨著溫度而變化。

　　處理權(quán)衡問題

　　由于需要考慮那么多規(guī)格，一位勤勉的模擬工程師應(yīng)當(dāng)審視那些模擬開關(guān)固有的基本權(quán)衡。所有工程師都知道最重要的規(guī)格是成本。低成本的開關(guān)無(wú)過于老式的 CD4066 CMOS 模擬開關(guān)。它的工作電壓高達(dá) 15V，可以并聯(lián)使用多個(gè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)級(jí)別的導(dǎo)通電阻。在另一個(gè)極端上，介質(zhì)隔離的 Intersil H 303ARH 擁有抗輻射加固的硅柵，使它適合軍事和人造衛(wèi)星應(yīng)用。另一個(gè)權(quán)衡涉及電源電壓。通常情況下，電源電壓越高，導(dǎo)通電阻越低。例如，STMicroelectronics使用新工藝制作 STG3699B 四單刀雙擲開關(guān)，使之有 0.5Ω的導(dǎo)通電阻。

　　另外一個(gè)權(quán)衡是電源電流。高速運(yùn)行的器件需要更高的電源電流，能以更快的速率轉(zhuǎn)換晶體管門。CMOS 或 DMOS 模擬開關(guān)常常有低的電源電流。例如， STMicro 的 STG3684 單刀雙擲開關(guān)僅僅使用200 nA。此電流隨著溫度而上升。該公司某些部件的規(guī)格設(shè)定在+ 85℃，如 STG3689。

　　其他權(quán)衡包括封裝的大小和功耗。電源切換(開關(guān)電源)設(shè)計(jì)需要較大的封裝，從而可能需要低導(dǎo)通電阻，因?yàn)楣苄驹酱螅娮柙降?。新穎的工藝和電路技術(shù)也已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域做出了巨大的進(jìn)步。Vishay 現(xiàn)在提供 14 種導(dǎo)通電阻小于 1Ω的開關(guān)。而且這些部件的封裝和 SC-70 一樣小，底面積為 3mm × 2mm。

　　可能忽略的一個(gè)權(quán)衡是導(dǎo)通電阻會(huì)跟隨施加的信號(hào)而發(fā)生變化。如果使用高壓電源和小信號(hào)擺幅，那么這種變化可能不是問題。然而，如果信號(hào)是軌至軌地?cái)[至電源電壓，將需要一種較新的器件，它能在通過的信號(hào)電壓范圍上提供一致的導(dǎo)通電阻。

　　CMOS 模擬開關(guān)會(huì)更便宜，但是運(yùn)行電壓更低。DMOS 開關(guān)有更高的電壓，轉(zhuǎn)換更快。DMOS 開關(guān)通常有更嚴(yán)格的驅(qū)動(dòng)器要求。Vishay 開發(fā)了 DG611 開關(guān)，它同時(shí)使用 CMOS 和 DMOS 以獲得實(shí)現(xiàn)兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)。Analog Devices 公司產(chǎn)品經(jīng)理Liam S渋lleabh噄n 認(rèn)為，辨別模擬開關(guān)制造商的一個(gè)條件是看它提供定制或?qū)Ｓ泄に嚨哪芰?，如該公司?35V iCMOS 工藝，它能使部件適合于具體的應(yīng)用。他說：“如果比較一下 ADG408 和我們的新產(chǎn)品 ADG1408，408 的導(dǎo)通電阻為 100Ω，而 1408 的導(dǎo)通電阻為 4.7Ω。 公司提供的1408采用相同的 TSSOP 封裝，但是也有另外的封裝選擇 LFCSP，它要小 70%?！?/p>

　　MEMS 部件可能是模擬開關(guān)的未來權(quán)衡?，F(xiàn)在的問題是機(jī)械可靠性和價(jià)格。MEMS 開關(guān)是機(jī)械式的，雖然可以預(yù)期它們的可靠性優(yōu)于舌簧繼電器開關(guān)，但它們?nèi)匀粫?huì)磨損或徹底損壞。此外，MEMS 結(jié)構(gòu)不能采用環(huán)氧樹脂作密封，所以 MEMS 封裝總是比硅模擬開關(guān)封裝更貴。此外， MEMS 開關(guān)的切換時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈兪菣C(jī)械式的。

　　放眼審視模擬開關(guān)的大量應(yīng)用和多面性的規(guī)格，您能夠發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容遠(yuǎn)超過眼前這些無(wú)處不在的小部件所呈現(xiàn)的東西(參考文獻(xiàn) 7)。在您設(shè)計(jì)自己的下一個(gè)信號(hào)鏈時(shí)，一定理解它們的使用和規(guī)格。如果您正在做一個(gè)包含模擬開關(guān)的 Spice仿真，要確保模型是完整的，能顯示寄生和雜散電容和打線的電感。許多Spice模型沒有考慮電荷注入，或?qū)娮桦S外加電壓而發(fā)生的變化。如果實(shí)驗(yàn)板出現(xiàn) Spice運(yùn)行時(shí)不曾出現(xiàn)的問題，不必感到驚訝。在溫度范圍內(nèi)檢查一切，確保能買到您選擇的部件，并且它會(huì)在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)保持量產(chǎn)。如果正確地使用了模擬開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)各種性能，并降低成本，這是其他方式不能做到的。