3.8.   Динамические характеристики

Междуэлектродные емкости

МОП-ключи обладают следующими емкостями (рис. 3.16):

· между входом и выходом (ССИ);

· между каналом и общей точкой схемы (СС, СИ);

· между затвором и каналом (СЗ);

· между ключами в пределах одного кристалла.

Как правило, наличие этих емкостей ухудшает характеристики ключей.

Емкость «вход – выход» (ССИ). Наличие этой емкости приводит к прохождению сигнала через разомкнутый ключ, которое на высоких частотах возрастает. На рис. 3.17 показан этот эффект для микросхемы четырехканального аналогового коммутатора типа МАХ312. Как видно, даже при нагрузке 50 Ом сквозное прохождение сигнала на вы

соких частотах становится значительным. При нагрузке 10 кОм ситуация со сквозной передачей сигнала, конечно же намного хуже.

В большинстве низкочастотных применений емкостное сквозное прохождение сигнала через разомкнутый ключ не создает проблем. Если они возникают, хорошим решением является использование пары включенных каскадно ключей (рис. 3.18, а) или, что еще лучше, использование последовательно-параллельного коммутатора (рис. 3.18, б). Последовательный каскад удваивает ослабление (в децибелах) ценой дополнительного делителя напряжения, в то время как последовательно-параллельная схема уменьшает прямое прохождение, снижая эффективное сопротивление нагрузки до R0, когда последовательный ключ разомкнут.

Многие фирмы выпускают ИМС аналоговых коммутаторов, содержащие по два нормально замкнутых (т.е. замкнутых при низком уровне управляющего сигнала) и два нормально разомкнутых ключа. Это, например, МАХ314, DG413, 590КН4 и др. Эти

микросхемы позволяют наиболее просто построить последовательно-параллельные коммутаторы.

Емкость относительно земли (СС, СИ). Шунтирующая на землю емкость приводит к упомянутому ранее спаду частотной характеристики (см. рис. 3.17, кривые 1 и 2). Совместно с сопротивлением источника сигнала и сопротивлением замкнутого ключа R0 эти емкости образуют фильтр нижних частот. Ситуация усугубляется при высокоомном источнике сигнала.

Емкость между ключами. Поскольку обычно на кристалле размещается несколько ключей, то не следует удивляться при появлении наводок между каналами. Виновницей может быть емкость между каналами, значение которой порядка 0,5 пФ. Эффект усиливается по мере роста частоты и увеличения импеданса источника сигнала.

Динамические помехи

Во время перехода от включенного состояния к выключенному и обратно в аналоговых ключах на полевых транзисторах могут возникать неприятные эффекты. Скачок управляющего напряжения, поданный на затвор, вызывает изменение заряда в цепи канала. Это наиболее существенно при уровнях сигналов, соответствующих разомкнутому ключу. Подобные эффекты возникают и в мультиплексорах во время изменения адреса канала.

Ввиду важности этой проблемы, рассмотрим ее более подробно. На рис. 3.19 изображена форма выходного сигнала, которую можно увидеть на выходе n-канального МОП-ключа (см. рис. 3.11, а), при нулевом уровне входного сигнала и нагрузке, состоящей из резистора сопротивлением 10 кОм и параллельного ему конденсатора с емкостью 20 пФ. Эти всплески и провалы вызваны переносом заряда в канал через емкость СЗ, имеющую значение порядка 5 пФ (см. рис. 3.16) при изменении напряжения затвора. Это напряжение делает резкий скачек от одного уровня питания к другому, перенося заряд, равный:

q = +СЗ (UЗИ.ВЫС – UЗИ.НИЗ).

Заметим, что величина переносимого заряда зависит только от полного изменения напряжения затвора и не зависит от времени, за которое это изменение происходит. Замедление изменения сигнала на затворе вызывает меньшую по амплитуде, но более долгую динамическую помеху с той же площадью под графиком. Фильтрация выходного сигнала ключа фильтром нижних частот дает тот же эффект. Такие меры могут помочь в тех случаях, когда важно добиться малого пика амплитуды динамической помехи, однако для исключения пропускания управляющ