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电路时，这并不奇怪，如图2中的测试电路所示。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.关断隔离测量测试电路。

关闭隔离通过取 V 计算S和 V外从图2测试电路中插入以下公式：

将关断隔离图的结果与开路开关的等效电路相结合，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，我们可以将电路等效于高通滤波器，如图3所示。

图3.CDS（关闭）和 RL高通滤波器。

所示电路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电路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.关断隔离测试电路，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