关于如何让多路复用器变得简单

电子设计 2018-07-10 09:36 次阅读

多路复用器(或简称mux)设计成信号链很简单,对吗?毕竟,设备只需将多个信号放入数据转换器。

实际上,复用器可以各种方式显著影响信号链的性能。例如,导通电容可能导致通道之间的串扰。导通电阻的信号和温度相关变化可能导致信号失真。多路复用器的电容和电阻一起可限制信号带宽。当多路复用器切换通道并影响输出处的稳定时间时,电荷注入可能引起瞬态误差。

为了优化信号链性能,理解这些示例及多路复用器可影响信号的许多其他方式很重要,特别是因为多路复用器针对不同的性能特性及不同的应用而被优化。图1所示为包含复用器的示例电路,其输出连接到反相运算放大器(op amp)。

1:连接到反相放大器的复用器引起增益误差

 

该电路是信号链中许多常见的多路复用器配置之一,但正如我们将发现的,这种设计将导致显著的信号增益误差。假设运算放大器是理想选择(无偏移、偏置电流、输入/输出限制等),公式1将信号增益表示为:

由于MUX36S08不是理想的多路复用器,且具有内部电容及125Ω的导通电阻,公式2表示系统的有效增益:

若运算放大器的输出连接到设计为接收全增益的数据转换器,则公式2中计算的信号增益将导致重大问题,因为近40%的转换器范围将不能使用。该公式甚至不考虑由温度、信号电压或施加到电源的电压变化而产生的导通电阻变化。

图2所示为MUX36S08的导通电阻曲线之一。您可看到电阻基于温度及施加的信号(源极或漏极电压)而改变。改变信号电压产生的曲线被称为导通电阻平坦度,其可引入非线性和增益变化。使图1中的电路具有完整的±18V正弦信号并且温度从-40℃升至125℃,则多路复用器的导通电阻可在约75Ω到250Ω之间变化,导致-0.44到-0.73的有效增益范围。

2:导通电阻与源极或漏极电压

幸运的是,您可通过非常简单的设计预防措施有效地忽略多路复用器的导通电阻。图3所示为连接到配置为缓冲器的运算放大器的复用器的输出。运放的高输入阻抗消除了系统本会遇到的任何增益误差。

3:连接到缓冲器的复用器有效地消除了由复用器导通电阻引起的增益误差

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