第 3章 模拟多路开关
3.1 概述
模拟多路开关是一种重要的器件，在多路被测信号共用一路 A/D转换器的数据采集系统
中，通常用来将多路被测信号分别传送到 A/D 转换器进行转换，以便计算机能对多路被测
信号进行处理。
多路开关分为两类：一类是机电式: 大电流，高电压，低速切换场所；
一类是电子式：小电流，低电压，高速场所。
电子多路开关根据其结构可分为双极型晶体管开关、场效应晶体管开关、集成电路开关
三种类型。
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
3.2.1多路开关工作原理
1．双极型晶体管开关
图 3.2所示为双极型晶体管开关电路。
开关速度快，但漏电流大，开路电阻小，而导通电阻大。为电流控制器件，基极控制电
流会流入信号源。
2．场效应管开关
（1）结型场效应晶体管开关
图 3.3所示为 8路 P沟道结型场效应管多路开关。
（2）绝缘栅场效应管开关
图 3.4所示为 8路 P沟道绝缘栅场效应官多路开关。
3．集成多路开关：多路开关、计数器、译码器配合使用。
下图为一个 16路的集成多路开关，模拟量输入部分由 16个漏极连在一起的场效应管开
关所组成。
3.2.2多路开关的主要技术指标
RON：导通电阻；
RONVS ：导通电阻温度漂移
IC 开关接通电流；
IS 漏电流
CS 开关断开时，开关对地电容
COUT 开关断开时，输出端对地电容
TON 选通信号 EN达到 50%时到开关接通时的延迟时间；
TOFF 选通信号 EN达到 50%时到开关断开时的延迟时间；
TOPEN： 开关切换时间。
3.3 多路开关集成芯片
3.3.1 无译码器的多路开关
无译码器的多路开关有 TL182C，AD7510，AD7511，AD7512 等。下图示为 AD7510 芯
片结构。
3.3.2有译码器的多路开关
1．AD7501（AD7503）
AD7501（AD7503）管脚功能。
AD7501的真值
表
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：
2．AD7502
AD7502芯片管脚功能图。
AD7502真值表：
3．CD4501
CD4501芯片结构及管脚功能图：允许双向使用。
真值表：
4.CD4502： 4通道双刀结构
CD4502芯片结构及管脚功能图，真值表：
部分多路开关的性能参数。
3.4 多路开关的电路特性
模拟多路开关中的一个开关用下图所示的等效电路来表示。
1．漏电流
漏电流是指通过断开的模拟开关的电流。在 n个模拟开关的并联组合中，当一个开关导
通时，其他 n-1个开关是断开的，它们的漏电流将通过导通的开关流经信号源，如图 3.12。
RL》RON+RS
因而 UOE=（n-1）IS(RS+RON)
如果通道数增加或信号源内阻很大时，情况还要严重。改进的
方法
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是采用分级结合电路。
分级组合：
由（3N-1）IS降到（N-1）IS
2．动态响应
与动态响应有关的参数有两个；一个是开关的切换时间；另一个是开关闭合以后系统的
带宽。
多路开关动态响应的等效电路如图 3.14所示。
当 CI<
>RS1 和 RS2）或图
3.16(c)RON2<
方案
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如图所示。
3.6 模拟多路开关的应用
3.6.1 通道的扩展方法
在数据采集系统中，实际采样点可多达几十个，甚至几百个，而一片模拟多路开关的通
道数最多是 8路。因此，应对通道加以扩展，才能满足需要。
以 CD4501为例，扩展的方法有三种：
（1）将 n片 CD4501加以组合，用门电路组成地址译码器，产生 n个选址信号（相当于片
选信号，低电平有效），分别接各片 CD4501的禁止端，即可扩展为 8n个。
（2）将 n片 CD4501加以组合，采用集成的地址译码器产生 n个选址信号。
（3）将 n片 CD4501加以组合，另外使用一片 CD4501完成地址译码功能。
32路选 1电路，从 0~31，共 32个通道。
逻辑关系参见表 3.6。
3.6.2组成增益可程控的电压运算放大器
典型同相电压运放：
其放大倍数：K=R2/R1
运算
放大器两输入端的等效输入电阻相等，即
R3=R1//R2
式中 R3应包含输入信号源电阻。
用 CD4502多路开关组成的 4级增益程控运算放大器，运放的增益通过改变电阻 R1来实现。
浙公网安备 33021202002483