模拟前端的开关器件隔离度分析与优化

news2024/9/30 19:31:42

1、模拟开关的隔离程度

下图为一个模拟开关在 SiPM接收切换中的应用电路。

V1点的波形输入的信号下降沿为500ps,上升沿为10ns,波形如下图所示。

V2点的波形如下图所示,此时IN为低,应该是S1导通,S2断开的,此时S2有信号输入进来,S1没有信号输入进来,但是测模拟开关的输出,发现也是有信号通过断开的S2       传过来了,仿真看输出的信号幅度不大,但是实测时这个输出的幅度是比较大的。

下面我们看一下模拟开管的隔离度参数。

可以看到输入1M信号的隔离度有87dB,输入10M的信号隔离度有67dB,输入的信号频率越高,输入输出的隔离度就越差,我们输入信号的边沿有500ps,输入信号的带宽也就是700Mhz,输入信号的频率是比较高的。

模拟开关产生这个问题的原因还是因为开关器件的电容和负载电阻构成的高通·,这里就是Cds之间的电容,模拟开关的规格书上没有给出这个Cds的参数,但是肯定是存在的。

2、二极管开关的隔离程度

在需要多路切换的场景时,二极管也可以替代模拟开关,二极管做开关实现多路切换的电路如下图所示,I1和I2为两路输入的信号,当V7输出高5V的时候,二极管D2截至,信号不能通过,注意信号最低时也要比二极管阳极的电压高,当V7输出低0V的时候,二极管D2导通,信号就可以通过去了。

下面我们把两路输入的二极管都关断后看输出的变化

输入V1的波形

二极管后输出V2的波形,可以看到二极管后输出V2上面没有任何的信号,这二极管的达到了完全的隔离,这时因为我们仿真用的是理想的二极管模型,不存在寄生电容的,但是实际二极管都是存在寄生电容的。

下面我们在二极管上增加体电容2p。

再看二极管阳极的V2波形,这时发现即使二极管处于关断的状态,输出端也是有信号的,这个信号就是通过2p的电容和470R的电阻高通过去的。

我们展开详细的看这个信号,本来输出信号的上升沿是10ns,经过2p,470R的高通后信号的上升沿已经变成了2ns,实际使用中当我们一个通道导通的时候,其他通道即使关断时也同样会有信号高通过来叠加在正常的信号上,导致正常信号的波形异常。

那么我们就要选择寄生电容最小的二极管了,但是目前我能找到的射频二极管的寄生电容也是有0.几pF的。

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