应用工程师咨询：宽带CMOS开关
问：什么是cmos宽带交换机？
答：cmos 宽带交换机主要设计用于满足以 ism（工业、科学和医疗）频段频率（900 mhz 及以上）传输的设备的要求。这些器件具有低插入损耗、端口间高隔离度、低失真和低电流消耗等特性，使其成为许多需要低功耗和处理高达 16 dbm 发射功率的高频应用的绝佳解决方案。本文后面提到的应用示例包括汽车收音机、天线交换、无线计量、高速滤波和数据路由、家庭网络、功率放大器和 pll 交换。
问：这些开关如何比典型的模拟cmos开关快得多？
答：为了提高带宽，宽带开关在信号路径中仅使用 n 沟道 mosfet。仅支持 nmos 的交换机的典型带宽为 3 mhz，几乎是并行使用 nmos 和 pmos fet 的标准交换机带宽性能的两倍。这是由于开关尺寸更小，并且由于去除了p沟道mosfet，寄生电容大大降低。n 沟道 mosfet 基本上充当电压控制电阻器。交换机的操作方式如下：
在gs> vt→ 开关开启
vgs vt），寄生二极管可以在输入波形的负半周期的某些部分进行正向偏置。如果输入正弦波低于约–0.6 v，二极管开始导通，从而导致输入信号被削波（压缩），就会发生这种情况，如图8所示。该图显示了 100 mhz、10 dbm 输入信号和相应的 100 mhz 输出信号。很容易看出，输出信号已被截断。
图8.100mhz、10dbm 输入/输出信号，具有 0v 直流偏置。
在低频下，输入信号长时间低于–0.6 v电平，这对1 db压缩点（p1db）的影响更大。
部件在较低频率下可以处理较少功率的第二个原因是分流nmos器件在应该关闭时部分导通。这与上述寄生二极管部分导通的机制非常相似。在这种情况下，nmos晶体管处于关断状态，vgs vt，从而部分打开分流装置。这将通过将输入波形的部分能量分流到地来压缩输入波形。
当开关以低频（ vt，在输入信号的整个周期内保持关闭状态。图9再次显示了100 mhz和10 dbm输入功率（2 ω时约为50 v p-p）下的输入和输出信号图，但这次使用0.5 v直流偏置。很明显，在 100 mhz 时不再发生削波或压缩。
图9.100mhz、10dbm 输入/输出信号，具有 0.5v 直流偏置。
问：如何将直流偏置应用于rf输入？
答：为了尽量减少通过输入侧端接电阻的任何电流消耗，最好在输出侧（rfc）增加偏置。这是最佳实践，特别是对于低功耗便携式应用，但如果下游电路无法处理直流偏置，则可能需要在rf输出上应用隔直电容。
问：这些开关能否在负电源下工作？
答：只要 gnd（接地）引脚符合 –0.5 v 至 +4 v 的 v绝对最大额定值，它们就可以在 gnd（接地）引脚上发出负信号的情况下工作dd请注意，以这种方式操作器件会使内部端接处于此新的gnd电位，这在某些应用中是不希望的。
问：这些开关的失真性能如何？
答：当间隔很近的频率的音调通过开关时，开关的非线性会导致产生错误音调，从而导致其他频率的不需要的输出。在通道间距越来越紧密的通信系统中，必须将这种互调失真（imd）降至最低，以确保将干扰降至最低。将两个间隔紧密的等功率信号（例如，900 mhz和901 mhz）施加到被测器件（dut）的输入端，得到如图10所示的输出频谱。3rd-阶谐波，通常以dbc表示，是三阶谐波中的功率与基波功率之比的对数。（负）值越大，失真越低。使用输入功率为3 dbm的组合器通过adg918发送这些音调，得到4 dbm的ip3，如图35所示。[注：关于各种类型的失真的精彩讨论可以在“询问应用工程师—11”中找到]
图 10.双音imd测试的输出频谱。
图 11.ip3 与频率的关系。
ip3 - 三阶交调截点。测量imd，并由此计算ip3值。ip3 是器件的品质因数（以 dbm 为单位）。数据手册中规定的ip3用于衡量开关因这些假音中的功率而引起的失真。ip3值越大，相邻通道中的音调越小，表明开关具有良好的谐波性能。
问：adg9xx系列提供哪些配置？
答：adg9xx系列包括单刀单刀双掷（单刀单刀双掷）、单刀双掷（单刀双掷）和双单刀双掷开关，以及4：1单刀多路复用器（sp4t）。它们提供吸收式和反射式两种版本，以满足所有应用需求。
问：什么是吸收开关？
答：adg901 （spst）、adg918 （spdt）、adg936 （双通道spdt）和adg904 （sp4t）器件被描述为吸收式（匹配）开关，因为它们具有片内50欧姆端接分流支路。
图 12.吸收式开关adg918和反射开关adg919。
问：什么是反射开关？
答：adg902 （spst）、adg919 （spdt）、adg936-r（双通道单刀双掷）和 adg904-r （sp4t） 器件被描述为反射开关，因为它们具有 0 欧姆接地分流器。
问：在何处使用吸收式开关而不是反射式开关？
答：无论开关模式如何，吸收式开关在每个端口上都有良好的阻抗匹配或电压驻波比 （vswr）。当需要在关断通道中进行适当的反向端接时，应使用它，以保持良好的驻波比。因此，吸收式开关非常适合需要对rf源进行最小反射的应用。它还确保在 50 欧姆系统中将最大功率传输到负载。
反射式开关适用于高异端口 vswr 无关紧要且交换机具有其他一些所需性能特性的应用。反射开关通常用于在系统其他位置提供匹配的应用。在大多数情况下，可以使用吸收开关代替反射开关，但反之则不然。
问：如何确定这些交换机的驻波比？
答：vswr（电压驻波比）表示开关rf端口的阻抗匹配程度。在测量方面，更容易用回波损耗来描述阻抗匹配，回波损耗是相对于端口入射功率的反射功率量。
只需测量入射功率和反射功率，就可以确定回波损耗，并由此使用现成的vswr/回波损耗转换图来计算vswr。图13显示了adg918在开通和关断条件下的典型回波损耗曲线。请注意，吸收式开关adg918在关断和导通开关方面具有良好的回波损耗性能。adg919版本不包括端接电阻，在关断条件下不具备良好的回波损耗性能。
图 13.adg918开关的回波损耗与频率的关系
问：现在您已经解释了这些部件的性能，请告诉我它们的使用位置和方式。
答：由于该系列的开关在高达 1 ghz 时具有低插入损耗和 –3db 宽带宽（高达 4 ghz），因此非常适合许多汽车娱乐系统。
他们在调谐器模块和机顶盒中找到了家，可以在有线电视输入和无线天线输入之间切换。这些部件适用于的另一个领域是汽车-无线电天线切换。由于这些开关通常是50欧姆阻抗系统，因此吸收式开关adg50、adg901和adg918提供的904欧姆内部端接可确保出色的阻抗匹配和最小反射。
可用的拓扑结构多种多样，使得这些器件非常容易设计到天线分集开关应用中，允许用户在多频段无线电中的多个天线和单个调谐器之间切换。
这些器件也适用于无线计量系统，在发射和接收信号之间提供所需的隔离（图 14）。
图 14.发射/接收切换。
这些器件非常适合高速滤波器选择和数据路由：adg904可用作4：1解复用器，在不同滤波器之间切换高频信号，并将信号多路复用至输出。对于差分滤波器选择和数据路由，双通道spdt（单刀双掷）开关adg936是理想的解决方案。用于点对点无线系统（例如用于军事和航空电子应用的微波无线电链路）的调制解调器卡中的数据切换需要adg9xx系列器件提供的高频性能。
它们也适用于家庭网络应用，即允许无线远程控制许多不同功能的系统，例如打开和关闭卷帘、控制照明（开、关或调光）——其中信息通过无线链路传输。高频和低功耗下的出色隔离性能可保持系统的当前预算，从而构成理想的应用。
由于其高频范围（高达 4 ghz），该系列器件也适用于许多蓝牙技术，可实现 2.5 ghz ism 频段的无线通信。
宽带开关可用于设计频率为 800、900、1900、2100 mhz 的功率放大器 （pa），适用于蜂窝 cdma 和 gsm 应用。该开关用于主放大器周围的前馈校正环路，允许切换有源和无源反馈以及前馈路径，从而允许测试放大器的失真电平。该开关允许在系统中进行增益和相位校正。高隔离度、低插入损耗和900 mhz时的低失真使adg9xx系列非常适合该频率范围内的pa设计。
adg918可用于实现gsm应用中跳频的pll开关。
问：什么是pll开关，为什么使用adg918？
答：在两个锁相环（pll）之间切换（通常称为乒乓技术）使设计人员能够实现更快的系统建立时间。adg918的低功耗和简单的单引脚控制使其成为易于集成的解决方案。
在两个振荡器之间切换时，可以通过级联来实现所需的隔离性能，即级联连接多个开关。这是一种非常简单的方法，可以为系统提供高隔离规格，防止更高频率的任何干扰。级联五个adg918在130 ghz时提供1 db隔离，插入损耗为3 db。在此应用中，插入损耗的这种增加并不重要，因为主要关注的是信号电平彼此之间的相对性。
adg918在本应用中的一个很好的特性是，它充当集成低通滤波器，消除了两个pll产生的无用谐波。 通过高频插入损耗的自然增加来实现，它很容易防止不需要的谐波通过开关传播，如图15和图16所示。
图 15.锁相环开关应用。
图 16.adg918开关级联用作集成低通滤波器，与裸砷化镓开关相比。
问：所以...总结一下？
答：总之，cmos宽带开关，尤其是adg9xx系列中的开关，是ism频段内所有应用的绝佳选择，这些应用需要高隔离度和低插入损耗，适用于空间受限的电池供电器件。adi公司提供评估套件，使这些器件的设计快速、轻松——这是每个设计人员的梦想！
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答：为了提高带宽，宽带开关在信号路径中仅使用 n 沟道 mosfet。仅支持 nmos 的交换机的典型带宽为 3 mhz，几乎是并行使用 nmos 和 pmos fet 的标准交换机带宽性能的两倍。这是由于开关尺寸更小，并且由于去除了p沟道mosfet，寄生电容大大降低。n 沟道 mosfet 基本上充当电压控制电阻器。交换机的操作方式如下：
在gs> vt→ 开关开启
vgs vt），寄生二极管可以在输入波形的负半周期的某些部分进行正向偏置。如果输入正弦波低于约–0.6 v，二极管开始导通，从而导致输入信号被削波（压缩），就会发生这种情况，如图8所示。该图显示了 100 mhz、10 dbm 输入信号和相应的 100 mhz 输出信号。很容易看出，输出信号已被截断。
图8.100mhz、10dbm 输入/输出信号，具有 0v 直流偏置。
在低频下，输入信号长时间低于–0.6 v电平，这对1 db压缩点（p1db）的影响更大。
部件在较低频率下可以处理较少功率的第二个原因是分流nmos器件在应该关闭时部分导通。这与上述寄生二极管部分导通的机制非常相似。在这种情况下，nmos晶体管处于关断状态，vgs vt，从而部分打开分流装置。这将通过将输入波形的部分能量分流到地来压缩输入波形。
当开关以低频（ vt，在输入信号的整个周期内保持关闭状态。图9再次显示了100 mhz和10 dbm输入功率（2 ω时约为50 v p-p）下的输入和输出信号图，但这次使用0.5 v直流偏置。很明显，在 100 mhz 时不再发生削波或压缩。
图9.100mhz、10dbm 输入/输出信号，具有 0.5v 直流偏置。
问：如何将直流偏置应用于rf输入？
答：为了尽量减少通过输入侧端接电阻的任何电流消耗，最好在输出侧（rfc）增加偏置。这是最佳实践，特别是对于低功耗便携式应用，但如果下游电路无法处理直流偏置，则可能需要在rf输出上应用隔直电容。
问：这些开关能否在负电源下工作？
答：只要 gnd（接地）引脚符合 –0.5 v 至 +4 v 的 v绝对最大额定值，它们就可以在 gnd（接地）引脚上发出负信号的情况下工作dd请注意，以这种方式操作器件会使内部端接处于此新的gnd电位，这在某些应用中是不希望的。
问：这些开关的失真性能如何？
答：当间隔很近的频率的音调通过开关时，开关的非线性会导致产生错误音调，从而导致其他频率的不需要的输出。在通道间距越来越紧密的通信系统中，必须将这种互调失真（imd）降至最低，以确保将干扰降至最低。将两个间隔紧密的等功率信号（例如，900 mhz和901 mhz）施加到被测器件（dut）的输入端，得到如图10所示的输出频谱。3rd-阶谐波，通常以dbc表示，是三阶谐波中的功率与基波功率之比的对数。（负）值越大，失真越低。使用输入功率为3 dbm的组合器通过adg918发送这些音调，得到4 dbm的ip3，如图35所示。[注：关于各种类型的失真的精彩讨论可以在“询问应用工程师—11”中找到]
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问：什么是吸收开关？
答：adg901 （spst）、adg918 （spdt）、adg936 （双通道spdt）和adg904 （sp4t）器件被描述为吸收式（匹配）开关，因为它们具有片内50欧姆端接分流支路。
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问：什么是反射开关？
答：adg902 （spst）、adg919 （spdt）、adg936-r（双通道单刀双掷）和 adg904-r （sp4t） 器件被描述为反射开关，因为它们具有 0 欧姆接地分流器。
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答：无论开关模式如何，吸收式开关在每个端口上都有良好的阻抗匹配或电压驻波比 （vswr）。当需要在关断通道中进行适当的反向端接时，应使用它，以保持良好的驻波比。因此，吸收式开关非常适合需要对rf源进行最小反射的应用。它还确保在 50 欧姆系统中将最大功率传输到负载。
反射式开关适用于高异端口 vswr 无关紧要且交换机具有其他一些所需性能特性的应用。反射开关通常用于在系统其他位置提供匹配的应用。在大多数情况下，可以使用吸收开关代替反射开关，但反之则不然。
问：如何确定这些交换机的驻波比？
答：vswr（电压驻波比）表示开关rf端口的阻抗匹配程度。在测量方面，更容易用回波损耗来描述阻抗匹配，回波损耗是相对于端口入射功率的反射功率量。
只需测量入射功率和反射功率，就可以确定回波损耗，并由此使用现成的vswr/回波损耗转换图来计算vswr。图13显示了adg918在开通和关断条件下的典型回波损耗曲线。请注意，吸收式开关adg918在关断和导通开关方面具有良好的回波损耗性能。adg919版本不包括端接电阻，在关断条件下不具备良好的回波损耗性能。
图 13.adg918开关的回波损耗与频率的关系
问：现在您已经解释了这些部件的性能，请告诉我它们的使用位置和方式。
答：由于该系列的开关在高达 1 ghz 时具有低插入损耗和 –3db 宽带宽（高达 4 ghz），因此非常适合许多汽车娱乐系统。
他们在调谐器模块和机顶盒中找到了家，可以在有线电视输入和无线天线输入之间切换。这些部件适用于的另一个领域是汽车-无线电天线切换。由于这些开关通常是50欧姆阻抗系统，因此吸收式开关adg50、adg901和adg918提供的904欧姆内部端接可确保出色的阻抗匹配和最小反射。
可用的拓扑结构多种多样，使得这些器件非常容易设计到天线分集开关应用中，允许用户在多频段无线电中的多个天线和单个调谐器之间切换。
这些器件也适用于无线计量系统，在发射和接收信号之间提供所需的隔离（图 14）。
图 14.发射/接收切换。
这些器件非常适合高速滤波器选择和数据路由：adg904可用作4：1解复用器，在不同滤波器之间切换高频信号，并将信号多路复用至输出。对于差分滤波器选择和数据路由，双通道spdt（单刀双掷）开关adg936是理想的解决方案。用于点对点无线系统（例如用于军事和航空电子应用的微波无线电链路）的调制解调器卡中的数据切换需要adg9xx系列器件提供的高频性能。
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由于其高频范围（高达 4 ghz），该系列器件也适用于许多蓝牙技术，可实现 2.5 ghz ism 频段的无线通信。
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adg918可用于实现gsm应用中跳频的pll开关。
问：什么是pll开关，为什么使用adg918？
答：在两个锁相环（pll）之间切换（通常称为乒乓技术）使设计人员能够实现更快的系统建立时间。adg918的低功耗和简单的单引脚控制使其成为易于集成的解决方案。
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adg918在本应用中的一个很好的特性是，它充当集成低通滤波器，消除了两个pll产生的无用谐波。 通过高频插入损耗的自然增加来实现，它很容易防止不需要的谐波通过开关传播，如图15和图16所示。
图 15.锁相环开关应用。
图 16.adg918开关级联用作集成低通滤波器，与裸砷化镓开关相比。
问：所以...总结一下？
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工业4.0是什么意思？新规则将由谁将定义？
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