1、常用 CMOS 模拟开关功能和原理（4066，4051-53）开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器,当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时,继电器就吸合或释放,其触点接通或断开电路。CMOS 模拟开关是一种可控开关,它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合,只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。 一、常用 CMOS 模拟开关引脚功能和工作原理1.四双向模拟开关 CD4066CD4066 的引脚功能如图 1 所示。每个封装内部有 4 个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时,开关导
2、通;当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为 40MHz。各开关间的串扰很小,典型值为50dB。2.单八路模拟开关 CD4051CD4051 引脚功能见图 2。CD4051 相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的 3 位地址码 ABC 来决定。其真值表见表 1。“INH”是禁止端,当“INH”=1 时,各通道均不接通。此外,CD4051 还设有另外一个电源端 VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS 电路所提供的
3、数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰峰值达 15V 的交流信号。例如,若模拟开关的供电电源 VDD=5V,VSS=0V,当 VEE=5V 时,只要对此模拟开关施加 05V 的数字控制信号,就可控制幅度范围为5V5V 的模拟信号。表 1输入状态INH C B A接通通道0 0 0 0 “0”0 0 0 1 “1”0 0 1 0 “2”0 0 1 1 “3”0 1 0 0 “4”0 1 0 1 “5”0 1 1 0 “6”0 1 1 1 “7”1 均不接通3.双四路模拟开关 CD4052CD4052 的引脚功能见图 3。CD4052 相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道,由
4、输入地址码 AB 来决定。其真值表见表 2。 表 2输入状态INH B A接通通道0 0 0 “0”X、“0”Y0 0 1 “1”X、“1”Y0 1 0 “2”X、“2”Y0 1 1 “3”X、“3”Y1 均不接通4.三组二路模拟开关 CD4053CD4053 的引脚功能见图 4。CD4053 内部含有 3 组单刀双掷开关,3 组开关具体接通哪一通道,由输入地址码 ABC 来决定。其真值表见表 3。 表 3输入状态INH C B A接通通道0 0 0 0 cX、bX、aX0 0 0 1 cX、bX、aY0 0 1 0 cX、bY、aX0 0 1 1 cX、bY、aY0 1 0 0 cY、bX、
5、aX0 1 0 1 cY、bX、aY0 1 1 0 cY、bY、aX0 1 1 1 cY、bY、aY1 均不接通5.十六路模拟开关 CD4067CD4067 的引脚功能见图 5。CD4067 相当于一个单刀十六掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码 ABCD 来决定。其真值表见表 4。 表 4D C B A INH 接通通道0 0 0 0 0 “0”0 0 0 1 0 “1”0 0 1 0 0 “2”0 0 1 1 0 “3”0 1 0 0 0 “4”0 1 0 1 0 “5”0 1 1 0 0 “6”0 1 1 1 0 “7”1 0 0 0 0 “8”1 0 0 1 0 “9”1 0 1 0
6、 0 “10”1 0 1 1 0 “11”1 1 0 0 0 “12”1 1 0 1 0 “13”1 1 1 0 0 “14”1 1 1 1 0 “15”1 均不接通二、典型应用举例1.单按钮音量控制器单按钮音量控制器电路见图 6。VMOS 管 VT1 作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器输出端与地之间。VT1 的 D 极和 S 极之间的电阻随 VGS 成反比变化,因此控制 VGS 就可实现对音量大小的控制。VT1 的 G 极接有 3 个模拟开关 S1S3 和一个 100F 的电容,其中 100F 电容起电压保持作用。由于 VMOS 管的 G 极和 S 极之间的电阻极高,故 100F 电
7、容上的电压可长时间基本保持不变。模拟开关 S1 为电容提供充电回路,当 S1 导通时,电源通过 S1 给电容充电,电容上电压不断增高,使 VT1 导通电阻越来越小,使音量也越来越小。模拟开关 S2 为电容提供放电回路,当 S2 导通时,电容通过 S2 放电,电容上电压不断下降,使音量越来越大。模拟开关 S3 起开机音量复位作用,开机时,电源在 S3 控制端产生一短暂的正脉冲,使 S3 导通,由于与 S3 连接的电阻较小,故使电容很快充到一定的电压,使起始音量处于较小的状态。F1F6 及其外围元件组成长短脉冲识别电路。静态时,F1、F2 输入为高电平,当较长时间按压按钮开关 AN 时,F4 输出
8、变高,经 100k 电阻给 3.3F 电容充电,当充电电压超过 CMOS 门转换电压时,F5 输出由高变低,F6 输出由低变高,模拟开关 S2 导通,100F 电容放电,音量变大。与此同时,F1 输出也变高,也给电容充电,但 F1 输出的一次正跳变不足以使电容上电压超过转换电压,故 F2 输出仍为高电平,F3 输出低电平,模拟开关 S1 保持截止。当连续按动按钮开关 AN 时,F4 输出也不断变化,输出为高时,给电容充电,而输出变低时,电容又很快通过二极管 VD3 放电,故电容上电压总是达不到转换电压,因此 F6 输出一直为低。而此时 F1 输出连续高低变化,经二极管整流不断给电容充电,使 3
9、.3F 电容上电压迅速达到转换电压,F2 输出变低,F3输出变高,模拟开关 S1 导通,给电容充电,音量变小。由此,利用一只按钮开关,实现了对音量的大小控制。 2.四路视频信号切换器四路视频信号切换器电路见图 7。“与非”门 YF3、YF4 组成脉冲振荡器,振荡频率由 100k 电位器调节。若嫌调节范围不够,可适当更换0.47F 电容和 100k 电阻。脉冲振荡器受 YF1、YF2 组成的双稳态电路的控制,按 S1 时,YF1 输出低电平,脉冲振荡器停振;按 S2 时,YF1 输出高电平,脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的输出作为 CD4017 十进制计数器的时钟,使 Y0Y3 依次出现高电平,
10、相应的四个模拟开关依次导通,由Vi1Vi4 输入的视频信号被依次切换至输出端,完成了四路视频信号的切换。显然,增加一片 CD4066 可做成八路视频信号切换器,相应地,由Y0Y7 进行模拟开关控制,Y8 连至 Cr。依此类推,可做成更多路数的视频信号切换器。而且,输入、输出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传,则并接上相应数量的模拟开关即可。3.数控电阻网络图 8 示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图 8 中,CD4066 的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上,电阻的值是按二进制位权关系选择的。当某个开关接通时,并接在该开关上的电阻被短路,此处假设该电阻阻值 RRON （R
11、ON 为模拟开关的导通电阻）;当某个开关断开时,电阻两端阻值仍保持原阻值不变,此处假设该电阻阻值 RROFF （ROFF 为模拟开关断开时的电阻）。四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D 控制,因此,在 A、B、C、D 端输入不同的四位二进制数,可控制电阻网络的电阻变化,并从其上获得 216 种不同的电阻值。按图 8所给的电阻值,该电阻网络所对应的 16 种阻值列于表 5 中。表 5输入二进制数D C B A电阻值(M)0 0 0 0 3.750 0 0 1 3.500 0 1 0 3.250 0 1 1 3.000 1 0 0 2.750 1 0 1 2.500 1 1 0 2.250
12、 1 1 1 2.000 0 0 0 1.751 0 0 1 1.501 0 1 0 1.251 0 1 1 1.001 1 0 0 0.751 1 0 1 0.501 1 1 0 0.251 1 1 1 4RON2k4.音量调节电路音量调节电路见图 9。音频信号由 Vi 端输入,经分压电阻 R11 和隔直电容加到由 R1R10 构成的加减电阻网络。CD40192 为十进制加减计数器,“与非”门 YF3、YF4 构成低频振荡器,“与非”门 YF1、YF2 分别为加计数端 CPU 和减计数端 CPD 的计数闸门。 当 D1 端为高电平时,闸门 YF1 开通,低频脉冲经 YF1 加到 CD4019
13、2 的 CPU 端,使其作加法计数,输出端 Q0Q3 数据增大,使 16 路模拟开关的刀向低端转换,顺序接通 R1R10,接通的电阻增大,经与 R11 分压后,使输出音频信号 Vo 增大;当 D2 端为高电平时,闸门 YF2 开通,低频脉冲经YF2 加到 CD40192 的 CPD 端,使其作减法计数,输出端 Q0Q3 数据减小,使 16 路模拟开关的刀向高端转换,顺序接通 R10R1,接通的电阻减小,经与 R11 分压后,使输出音频信号 Vo 减小。CD4051 CD4052 CD4053 中文资料CD4051/CC4051 是单 8 通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端 A、B、
14、C 和INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为 4.520V 的数字信号可控制峰值至20V 的模拟信号。例如，若 VDD+5V，VSS 0，VEE-13.5V，则 05V 的数字信号可控制-13.54.5V 的模拟信号。这些开关电路在整个 VDD-VSS 和 VDD-VEE 电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当 INH 输入端 “1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通 8 通道中的一通道，可连接该输入端至输出。CD4052/CC4052 是一个差分 4 通道数字控制模拟开关，有 A、B 两个二进制控制输入端和 INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电
15、流。幅值为 4.520V 的数字信号可控制峰峰值至 20V 的模拟信号 。例如，若 V DD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则 05V 的数字信号可控制-13.54.5V 的模拟信号，这些开关电路在整个 VDD-VSS 和 VDD-VEE 电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当 INH 输入端=“1” 时，所有通道截止。二位二进制输入信号选通 4 对通道中的一通道，可连接该输入至输出。CD4053/CC4053 是三 2 通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C 和 INH 输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。幅值为 4.520V 的数字信号
16、可控制峰-峰值至 20V 的数字信号。例如若 VDD+5，VSS0，VEE -13.5V ，则 05V 的数字信号可控制-13.54.5V 的模拟信号。这些开关电路在整个 VDD-VSS 和 VDDVEE 电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当 INH 输入端“1”时，所有通道截止。控制输入为高电平时，“0”通道被选，反之，“1”通道被选。CD4051 CD4052 CD4053 真值表INPUT STATES 输入状态 “ON” CHANNELS “开” 通道INHIBIT禁止 C B A CD4051B CD4052B CD4053B 0 0 0 0 0 0X, 0Y
17、cx, bx, ax 0 0 0 1 1 1X, 1Y cx, bx, ay 0 0 1 0 2 2X, 2Y cx, by, ax 0 0 1 1 3 3X, 3Y cx, by, ay 0 1 0 0 4 cy, bx, ax 0 1 0 1 5 cy, bx, ay 0 1 1 0 6 cy, by, ax 0 1 1 1 7 cy, by, ay 1 * * * NONE NONE NONE CD4051 引脚功能说明引脚号 符号 功能1 2 4 5 12 13 14 15 IN/OUT 输入/输出端9 10 11 A B C 地址端3 OUT/IN 公共输出/输入端6 INH 禁止端
18、7 VEE 模拟信号接地端8 Vss 数字信号接地端16 VDD 电源+CD4052 引脚功能说明引脚号 符号 功能1 2 4 5 IN/OUT Y 通道输入/输出端11 12 14 15 IN/OUT X 通道输入 /输出端9 10 A B 地址端3 OUT/IN Y 公共输出/输入端13 OUT/IN X 公共输出 /输入端6 INH 禁止端7 VEE 模拟信号接地端8 Vss 数字信号接地端16 VDD 电源+CD4053 引脚功能说明引脚号 符号 功能1 2 3 5 12 13 by bx cx cy ay ax 输入/输出端9 10 11 c b a 控制端14 OUT/IN ax or ay 公共输出/输入端 ax or ay15 OUT/IN bx or by 公共输出/输入端 bx or by4 OUT/IN cx or cy 公共输出/输入端 cx or cy6 INH 禁止端7 VEE 模拟信号接地端8 Vss 数字信号接地端16 VDD 电源+CD4051 引脚图CD4052 引脚 图CD4053 引脚图CD4051 逻辑图CD4052 逻辑图CD4053 逻辑图
