Главная Промышленная автоматика.

3.15. АНАЛОГОВЫЕ КЛЮЧИ

Другим классом схемных структур, встречающихся в аналоговых интегральных схемах, являются аналоговые ключи. Эти схемы действуют как замкнутый или разомкнутый контакт, пропускающий или блокирующий аналоговый сигнал между двумя точками схемы. Замкнутое или разомкнутое положение ключа задается обычно цифровым способом посредством соответствующих адресных буферов и схем дешифрации.

В качестве переключательных элементов в аналоговых ключах для применений в аналоговых интегральных схемах почти всегда используются полевые транзисторы. Благодаря своим характеристикам полевые транзисторы в качестве переключателей обладают двумя важными преимуществами перед биполярными приборами. Из геометрии полевых транзисторов следует, что они изготавливаются обычно как симметричные приборы, а это означает, что они одинаково хорошо работают, когда их истоковый и стоковый выводы меняют местами. Таким образом, униполярный полевой прибор способен пропускать биполярный сигнал, тогда как обычный биполярный транзистор пропускает сигнал только одной полярности. Поэтому полевые транзисторы одинаково работают при переключении положительных и отрицательных сигналов.

Вторым принципиальным преимуществом полевых транзисторов является отсутствие напряжения сдвига по постоянному току. Ключ на полевом транзисторе имеет только последовательное сопротивление между входом и выходом и не имеет каких-либо связанных с переходами потенциалов, вносящих сдвиг по постоянному току. Когда полевой транзистор включен, последовательное сопротивление мало (типичное значение 500 Ом); выключенный полевой транзистор представляет большое сопротивление - порядка 50 МОм.

Из двух типов полевых транзисторов для ключевых применений предпочтение отдается МОП-транзистору по сравнению с полевым транзистором с рп-переходом. МОП-транзисторы могут быть изготовлены в стандартном аналоговом процессе, обсуждавшемся в гл. 1, без дополнительных этапов диффузии, которые необходимы для полевых транзисторов с переходом. Кроме того, изоляция затвора МОП-транзистора предотвращает проникновение в цепь сигнала управляющего напряжения, используемого для изменения состояния прибора. Наконец, у МОП-транзисторов могут быть получены намного большие напряжения обратного пробоя, чем у получаемых в стандартном процессе полевьГх транзйСтбров с переходом.

Далее, для ключевых применений целесообразнее использо-вать МОП-транзисторы с обогащением, а не с обеднением.



поскольку приборы С обогащением при отсутствии управляющего напряжения разомкнуты и диффузия для создания областей истока и стока может быть проведена за один этап. Все активные области МОП-транзистора смещены в обратном направ-


"ее


.Vgs-*B

Фиг. 3.36. МОП-транзистор с обогащением.

о-р-канальный; б-п-канальный.

лении относительно друг друга и по отношению к подложке. Поэтому смежные приборы, изготовленные на одной подложке, электрически изолированы друг от друга, и для разделения нет необходимости в применении методов изоляции переходом или диэлектриком. . : :

Отдельный /7-канальный или п-канальный МОП-транзистор с обогащением может работать как аналоговый ключ-(фиг. 3.36). Выходные характеристики показывают, что каждый



прибор, для ТОГО чтобы пропускать ток между выводами истока и стока, требует задания напряжения больше порогового и составляющего приблизительно 3 В (р-канальный прибор имеет отрицательное пороговое напряжение затвор - исток, тогда как для п-канального прибора необходимо положительное напряжение). Отдельный МОП-прибор лучше всего работает как аналоговый ключ, когда он пропускает сигналы одной полярности.

Аналоговый выход о

Управление ключом


Фиг 3.37. Схема ключа иа МОП-транзисторах с дополнительной симметрией.

(р-Канальные МОП-транзисторы лучше подходят для переключения положительных сигналов, с.тем чтобы \Vgs\ всегда превышало пороговое напряжение. По той же причине п-канальные МОП-транзисторы лучше подходят для переключения отрицательных сигналов.)

Переключение биполярных аналоговых сигналов выполняется наилучшим образом при использовании комплементарной ключевой схемы, изображенной на фиг. 3.37. Эта схема может пропускать сигнал любой полярности благодаря параллелыюй структуре. Ключ замыкается при подаче на затвор п-канального прибора положительного управляющего напряжения, превышающего пороговое напряжение, и отрицательного напряжения, превышающего Кпор,- на затвор р-канального прибора. Большие положительные аналоговые сигналы будут проходить через р-канальный прибор, а отрицательные сигналы - через п-канальный прибор. Сопротивление стока каждого прибора является функцией полярности и амплитуды входного сигнала. Однако, поскольку схема является комплементарной, то, когда сопротивление канала одного прибора снижается, сопротивление другого прибора увеличивается. Таким образом, в первом





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0051