如何有效地比较CMOS开关与固态继电器的性能

源极和漏极之间的关断电容，CDS（关闭），是衡量关断开关阻止源极信号耦合到漏极的能力的指标。它是固态继电器（也称为 PhotoMOS、OptoMOS、光继电器或 MOSFET 继电器）中的常见规格，通常称为输出电容 C®®外，在固态继电器数据手册中。CMOS开关通常不包括此规格，但关断隔离规格是表征同一现象的不同方法，即呈现给耦合到漏极的关断开关源的信号量。本文将讨论如何推导 C外从关断隔离以及如何使用它更有效地比较固态继电器和CMOS开关的性能。这一点很重要，因为CMOS开关适用于许多使用固态继电器的应用，例如开关直流和高速交流信号。

如何推导 CDS（关闭）从关闭隔离

图1显示了ADG5412的关断隔离与频率的典型性能曲线。该图显示，随着信号源上信号频率的增加，关断隔离度降低。

图1.ADG5412关断隔离与频率的关系，±15 V双电源。

这意味着随着信号频率的增加，源头上存在的更多信号将出现在关断开关的漏极上。当您研究关断条件下开关的等效威廉希尔官方网站 时，这并不奇怪，如图2中的测试威廉希尔官方网站 所示。当开关断开时，源极和漏极之间存在寄生电容，如CDS（关闭）在图中。该寄生电容使高频信号能够通过，而表征这一点是关断隔离图的目的。

图2.关断隔离测量测试威廉希尔官方网站 。

关闭隔离通过取 V 计算S和 V外从图2测试威廉希尔官方网站 中插入以下公式：

将关断隔离图的结果与开路开关的等效威廉希尔官方网站 相结合，CDS（关闭）可以在CMOS开关中计算。首先，如果我们考虑关断通道和负载，我们可以将威廉希尔官方网站 等效于高通滤波器，如图3所示。

图3.CDS（关闭）和 RL高通滤波器。

所示威廉希尔官方网站 的传递函数可以通过以下方式推导出：

接下来是考虑源电压，VS，其阻抗如图2所示。源阻抗，RS，为 50 Ω，这与负载阻抗 R 匹配L，50 Ω。如果我们假设理想情况，其中 CDS（关闭）是短路，则VS是双V在因为阻抗相等。这意味着当相对于 V 计算传递函数时S，整体传递函数加倍。

因此，整个系统的传递函数为：

然后可以将该传递函数代入关闭隔离方程，得到：

然后可以重新排列此等式以使其 CDS（关闭）主题：

这意味着如果我们知道RL、输入信号的频率 f 和以 dB 为单位的关断隔离规格值 CDS（关闭）可以计算。这些值可在ADI公司产品组合中开关或多路复用器产品的数据手册中找到。以下示例将概述如何完成此操作。

计算示例 CDS（关闭）

本例将使用SPI控制的四通道SPST开关ADGS1612。ADGS1612的关断隔离规格为−65 dB，可从数据手册表1中读取。从关断隔离规范的测试条件部分，RL表示为 50 Ω，信号频率 f 表示为 100 kHz。通过将这些值放入 C 中DS（关闭）公式，可以计算电容值。

注意，用于开关和多路复用器关断隔离的测量威廉希尔官方网站 可能在开关通道的源极引脚之前包含额外的50 Ω端接，如图4所示。该 CDS（关闭）方程仍可与以这种方式测量的关断隔离规格一起使用。但是，在源极引脚使用50 Ω端接后，必须在数据手册的关断隔离规格中增加6 dB，然后再将其用于C。DS（关闭）方程。这是为了补偿源端50 Ω端接将电压降低一半（相当于−6 dB）的事实。

图4.关断隔离测试威廉希尔官方网站 ，在源上具有50 Ω端接。

CMOS 开关与固态继电器

表 1 显示了 CDS（关闭）ADI公司产品组合中一系列开关产品的值。ADG54xx和ADG52xx系列可以处理摆幅高达44 V的信号电压，而ADG14xx和ADG12xx系列可以传递摆幅高达33 V的信号电压。 该信号范围为 30 V 和 40 V 固态继电器。表上的最后一列还显示了 C 如何DS（关闭）可与开关导通电阻配合使用，计算R值上， CDS（关闭）产品，用作固态继电器的优异顺序。R型上， CDS（关闭）乘积表示开关在打开时对信号的衰减程度，并结合开关在开关关闭时阻挡高速信号的能力。下表显示，ADG1412的R上， C关闭产品小于5，与市场上的固态继电器相比极具竞争力。

 

	最大电源电压	关闭隔离	CDS（关闭）	关于电阻	R × C
ADG5412	±22 V， +40 V	−78分贝 @ 100千赫	4 pF	9.8 Ω	39.2
ADG5212	±22 V， +40 V	−80 分贝 @ 1兆赫	0.32 pF	160 Ω	51.2
ADG1412	±16.5 V， +16.5 V	−80 分贝 @ 100千赫	3.2 pF	1.5 Ω	4.8
ADG1212	±16.5 V， +16.5 V	−80 分贝 @ 1兆赫	0.32 pF	120 Ω	38.4

 

与固态继电器相比，CMOS开关也有许多优点。其中包括：

更易于驱动开关逻辑

大多数ADI公司的CMOS开关的典型数字输入电流为1 nA，而固态继电器中二极管的推荐正向电流为5 mA。这意味着CMOS开关可以直接由微控制器上的GPIO轻松控制。

更快的开关速度

ADG1412的典型导通时间为100 ns，而固态继电器的典型导通时间为数百毫秒。

每个封装的更多开关

例如，ADGS1414D具有8个开关通道，导通电阻为1.5 Ω，导通电阻为5 pF CDS（关闭）采用 5 mm × 4 mm 封装。即每 2.5 毫米一个开关2的包装区域。

结论

开关在关闭状态下阻断信号的能力是关键。在固态继电器中，C关闭规格是开关两端电容的量度，它允许信号从闭合开关的输入耦合到输出。在CMOS开关中，不直接测量该电容;但是，该电容的影响是通过关断隔离规格来测量的。以dB为单位的关断隔离值、输入信号的频率和负载电阻可用于确定CDS（关闭）通过推导开路开关的传递函数。该 CDS（关闭）在比较CMOS开关和C时很重要外固态继电器的规格。此外，CDS（关闭）也可用于计算R上， CDS（关闭）乘积，这是一个优点顺序，用于显示开关的整体关断隔离和信号丢失性能。这允许在为应用选择开关时直接竞争CMOS开关和固态继电器。与固态继电器相比，CMOS开关还具有许多优点，即更易于驱动开关逻辑，更快的开关速度，以及能够在封装中安装更多开关。

是呢环保局：郭婷