RF开关 - 产品选型指南:RF开关 - 产品选型指南
Switches and Multiplexers May 2007
Analog Devices, Inc., offers a large range of switches and multiplexers covering single to multiple switch elements,
with various signal ranges, and in a variety of packages to best suit customer application needs.
Analog Devices switches can be classified into families when choosing based on supply voltage. The following families of parts exist:
• ADG12xx
• ±15 V low capacitance and QINJ switches and multiplexers
• 2 pF off capacitances, <1 pC QINJ
• ADG14xx
• ±15 V low RON switches and multiplexers
• 5 Ω max RON, 0.5 Ω RON flatness
• ADG13xx
• ±15 V low QINJ optimized switches and multiplexers
• Optimized for standard applications
• ADG2xx
• ±15 V low capacitance and QINJ switches and multiplexers
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RF开关 - 常见问题解答
回答： 使用对数放大器。
世界上最小的哺乳动物当属Etruscan pygmy shrew，其长度约为3厘米（不包括尾巴在内），重量不到1.5克 - 是老鼠的十分之一。最大的哺乳动物则是蓝鲸，其长度超过30米，重量达150余吨，是大象体重的30倍。蓝鲸的身长是Etruscan pygmy shrew的1000倍，重量是它的1亿倍。
测量小的东西很容易，测量大的东西也不难；但是，如果必须同时测量这两种东西，事情就变得复杂起来。系统能够处理的最小信号与最大信号的比值即为系统的“动态范围”，通常用分贝（dB）来表示。如果系统的最大电压或电流是最小电压或电流的1000倍，则其动态范围就是60 dB；如果两者的比值是106，则其动态范围就是120 dB。
如果最低有效位（LSB）小于最高有效位（MSB）的1/100,000,000，那么就需要28位的数字系统，因此，能够处理这种变化的数字系统需要具有极高的分辩率或复杂的信号处理能力。
但是，有些模拟电路可以轻松地处理极宽的动态范围，这就是“对数放大器”，或者更准确（但不常用）地说是“对数转换器”。对数放大器的输出与输入呈对数关系，有些对数放大器能处理超过160 dB的动态范围。
对数放大器的架构有很多种。有些对数放大器利用硅结的对数特性，能提供极宽的动态范围，但速度较低；其它一些对数放大器（连续检波式对数放大器）则利用级联的检波器/放大器生成对数响应，带宽高达数GHz，在60 dB至90 dB的动态范围内仍能提供精确的对数响应。
这两类对数放大器均可做成集成电路。链接的文章详细介绍了这两类对数放大器的不同结构与特性。这些文章易于理解和运用，但在基本的教科书中很少讨论，因此往往会被经验不足的模拟设计师所忽视。
如果系统必须处理极宽的模拟信号范围，工程师们就应当考虑使用对数放大器。对数放大器不仅简单、价格合理，而且非常有用。
问题：利用单电源驱动轨对轨运算放大器听起来像是一个制胜组合，但是，在使用这样的放大器时会遇到什么障碍么？
回答： 单电源和轨对轨输出是很优秀的组合，但少数参数仍需要重新调整。这个问题没有明确说明您提到的是单电源放大器（一类特殊的放大器）还是利用单电源驱动传统运算放大器；因此，对这两种情况，我们都将进行讨论。
根据定义，真正的“单电源”运算放大器采用一个电源供电，放大器的输入共模电压范围包括负电源轨。值得注意的是，即使放大器的输入可以达到负轨或比负轨还低，但这并不表示放大器的输出也能够这样。当我们讨论轨对轨输出时，将更详细地进行说明。
任何放大器都可以采用单电源供电。运算放大器没有接地引脚，采用双极性电源供电与采用单电源供电是一样的。不过，在这种配置中运行放大器时需要额外的偏置电路。因此，放大器的性能可能会在以下方面受到些许影响：较低的带宽、较低的电源抑制（PSR），以及较高的噪声。
“轨对轨输出”这个术语实际上不太准确。虽然放大器输出可以接近电源轨，但却决不会达到电源轨。在双极性放大器中，轨对轨输出级通常是共发射极；因此，输出与电源轨之间的最小差距是晶体管饱和压降Vcesat。Vcesat的值取决于放大器提供的负载电流。对低电流来说，输出与电源轨的差距可能为数十毫伏。对较高的电流来说，Vcesat可能接近0.5V或更高。目前，某些新型放大器能够利用片上电荷泵补偿Vcesat压降，使输出摆幅尽可能接近电源轨。
利用示波器进行测量时，接近电源轨的放大器输出摆幅可能显得没有问题，但网络分析仪能够揭示出不同的结果。随着输出摆幅更靠近电源轨，输出晶体管将不再工作在线性区，从而导致失真。失真可能发生在距离电源轨数百毫伏的地方。因此，如果可能，应当尽量为电源轨设计一些额外的裕量，这将有助于改善放大器的失真性能。
回答： 非常难-但可以做到。
可以想象，开关电源在本质上来说是最嘈杂的电路。电源的大电流在高频下以极快的dl/dt开启、关断，这将不可避免的出现大而快的瞬态电压与瞬态电流。
预防系统中的敏感电路受到干扰的唯一方法是让瞬态电流和瞬态电压保持在转换器内部。我们无法阻止内部的大电流切换，但我们能够、而且必须阻止瞬态电流和瞬态电压逃跑。首先应在交流情况态将转换器的所有终端接地。
电容能够阻断直流，但在交流下具有低阻抗，因此电容非常适合实现这一目的。从理论上讲，如果我们在转换器输入及其接地之间安置一个大电容，输入将持续向电容充电，而且瞬态电流将会流进电容，而不是从电源流出。类似的输出电容可以吸收瞬态电流并带来稳定的直流电源。
遗憾的是，在实际构建这样的系统时，往往会发现输入和输出电路中会出现更多难以忍受的噪声-这究竟是怎么回事？
如果电容和转换器之间有一定的距离，那么它与转换器之间的连接阻搞（无论是固有阻搞还是感应阻抗）将足以使其无法正常工作；如果选择不当，阻抗将会大于1/2 π fC公式给出的基本预测值；如果电容与其它电路共享接地路径，那么公共接地阻抗中的噪声将会被分离。
增加的这些效应无关紧要，但仍有危害，快速变化的磁场与电场以及转换器内部的电磁辐射，都将引起外部电流。显而易见，抑制转换器噪声并不是只在其输入与输出之间随意放置一对电容那么简单。
为了抑制DC-DC转换器噪声，则需要系统的寻找噪声可能逃跑的各种路径，并确保将所有噪声锁定。链接文章将讨论如何实现这一点。
当然，在开始之前，我们必须选择或设计具有最小外部噪声的转换器。这是另外一个问题，有可能会在将来的“非常见问答”中进行讨论。
回答： 这可能与您选择的差分放大器的类型有关。当我们检查客户的原理图时，常常发现放大器所呈现的性能实际上与客户的设计是一致的，问题仅在于对差分放大器不够熟悉。
选择正确的差分放大器就像选择一辆新车一样，可供选择的有很多，并且每种车型都具有多种配置和特性。所有的车基本上都在做同样的事情：将您从A点带到B点。然而，它们在细微之处又各具特色，而这可能就是问题的根源。
在选择差分大器时，配置和特性是至关紧要的。如果按照汽车的分类，我们可以假设将差分放大器分成三种基本类别：运动型汽车、中型汽车和经济型汽车，每种类别所提供的功能略有不同1。
就类似于运动型汽车的差分放大器而言，运行的频离一般很高。这类差分放大器的特性包括：千兆赫兹带宽、万伏特/秒压摆率、调节输入和输出共模电压的VCM引脚、超低失真、以及单端或差分输入驱动能力。这类放大器通常用于宽带和IF通信应用。
中型汽车的差分放大器在数百兆赫兹的范围内工作，具有低失真、出色的DC性能、输出增益均衡和相位匹配、偶次谐波抑制、高压摆率、单端或差分输入驱动能力、可轻松调节输出共模电压的VOCM引脚等特性。某些型号还可以提供双通道的配置。这类器件通常用于通信和仪器仪表系统等应用。
经济型汽车的差分放大器在单芯片内集成了一对放大器以及增益设置和反馈电阻，简化设计，并节省了电路板空间。这类型产品具有高输入阻抗、低功耗和低噪声的特性。通常采用单端输入，并具有非均衡差分输出。工作范围为数十兆赫兹，通常用于低功耗的精密应用。
因为，当您下次再寻找差分放大器时，应该围着车多转几圈，踢踢轮胎，并且开出去跑一圈（应像做仿真一样），这样您就能找到满意的产品，同时不要忘了仔细阅读用户手册（或数据手册），这可以为您节约大量的时间，并有助于确保您深入的了解差分放大器。
问题：您最近提到机械应力会改变精密模拟IC的校准精度。这是否意味着不正确的安装会影响模拟IC的精确性？
回答：确实如此！但不必过于担心。我们最近讨论了有关的机械装置。如果将一个导体薄膜附加在绝缘体表面，则导体的电阻将随着绝缘体的弯曲而发生 改变。如果这个导体是精密IC的电阻，那么应力将会影响电路的校准。
在绝大多数情况下，这并不是一个严重的问题。精密模拟IC通常依赖于电阻的匹配，而不是绝对阻值。如果芯片布局已完成，那么所有关键电阻所受的应力也会相同，因此即使在绝对阻值发生变化的情况下，也能保持电阻匹配。
此外，如果芯片采用标准封装，当将它安放置电路板上时会引发微小的应力变化，其引脚（或焊盘）及引线能将芯片与这种应力进行隔离。如果装有精确模拟IC的电路板发生弯曲或扭曲，那么在精度改变之前，有可能焊点就先受到损坏。
当对IC进行某种形式的机械组装时，可能或确实会遇到问题。对于温度传感器、光传感器、加速计以及陀螺仪等传感器来说，这是极为常见的。
一些工程师认为，这些传感器IC应当被“牢固地”安装，因而会用比一般所需或安全更大的夹紧力来固定它。IC体积小，重量轻，大多仅为数十或数百毫克，最重的也不过几克，在多数情况下，1牛顿1的夹紧力就足以使IC牢固地安装在电路板上，同时不会影响校准。
我曾经见过为了获得良好的热传导而被牢固安装的温度传感器，夹紧力约为200N（牛顿），这使得校准偏移了8°C以上。实验表明：随时着安装力从1N到200N变化，器件与基底之间热导率的变化是测量不出来的-但是，这种应力却影响了校准。
在机械结构中安装IC应当尽量采用较小的力。如果用螺丝座固定，可以使用少许泡沫来减小压力，并使安装更安全。不过，在温度传感器和测量表面之间不应该有泡沫，因为这会降低热导率；在陀螺仪/加速计及电路板之间也不应该有泡沫，因为这会抑制高频振动。
回答：电路出现故障的原因有很多，但这很可能不是放大器本身的问题。不过，由于使用了高性能放大器，因此需要注意布局和旁路。如果忽视这些问题，电路可能就会不太正常。
如果使用宽带器件，您需要仔细注意一些细节。在这种情况下，放大器本身不会导致振荡，大多数原因是因为布局的问题。
具体说来，问题在于放大器反向输入端与地之间的寄生电容。反向输入端的寄生电容会给放大器环路响应引入一个极点，降低放大顺的相位裕度，并导致不稳定、峰化及振铃。引起振荡不需要很大的电容1，如果不注意布局，那么在求和节点（反向输入）处很容易就会聚积2~3 pF的电容。因此建议客户尽可能的在电路试验板上进行试验与测试。如果不遵循正确的布局指南，那么高性能仿真设计将是毫无价值的。
解决方案是“切除电容capacitycectomy”（注：这不是一个真正的词汇）--尽管电路板上已存在寄生电容，想要去除它是非常困难的。在这些情况下，预防是关键。电容是由放大器的焊盘、增益设置和反馈电阻焊盘、电路板绝缘介质以及接地层而形成的。我们通常建议去除放大器焊盘下的接地层，以及反馈与增益设置电阻焊盘和反向输入端周围的接地层。这样就可以有效的去除寄生电容的下极板，因此可以消除寄生电容。这个方法也适用于输出，因为输出端的寄生电容也可能带来类似的问题。
对于用户来说，只需做一些预防工作就可以改善电路性能。在设计初期注意电路板布局，有助于电路性能达到最佳状态！
敬请留意今年10月份举办的在线研讨会“高速印制电路板布局实践指南”。
1 有些客户询问多大的电容足以引起电路振荡。有时，我告诉他们1000 pF足矣。看着他们困惑的表情，我向他们解释至：如果1 pF=a puff（注：1 pF与a puff英文发音类似），那么1000 pF=1 nF；显而易见，1 nF=a nuff（注：1nF的英文发音类似于enough），a nuff就表示足够（enough）！
回答： 不是的！尽管集成电路制造商不能保证芯片在其额定温度范围之外也正常工作，但当超出其温度范围限制时，芯片不会突然停止工作。但是如果工程师需要在其他温度下使用芯片，那么他们必须确定这些芯片的工作情况，以及芯片行为的一致性。
有一些有用的常用规则，当温度约为185~200°C（具体值取决于工艺），增加的漏电和降低的增益将使得硅芯片的工作不可预测，并且掺杂剂的加速扩散会把芯片寿命缩短至数百小时，或者最好的情况下，也可能仅有数千小时。不过在某些应用中，可以接受高温对芯片造成的较低性能和较短寿命影响，如钻头仪器仪表应用，芯片常常工作在高温环境下。但如果温度变得更高，那么芯片的工作寿命就可能变得太短，以至于无法使用。
在非常低的温度下，降低载流子迁移率最终导致芯片停止工作，但是某些电路却能够在低于50K的温度下正常工作，尽管该温度已经超出了标称范围。
基本的物理性质并不是唯一的限制因素。设计上的权衡考虑可能会使芯片在某一温度范围内的性能得到改善，但是在该温度范围外芯片却会发生故障。例如，如果AD590温度传感器在上电后并逐渐冷却的情况下，它可工作于液氮中，但是在77K时却不能直接启动。
性能优化导致了更加微妙的影响。商用级芯片在0~70°C的温度范围内具有非常好的精度，但是在该温度范围外，精度却会变得很差。而相同芯片的军用级产品由于采用了不同的微调算法，或者甚至使用略有差别的电路设计，使它能够在-55~+155°C的宽温度范围内保持略低于商用级芯片的精度。商用级标准和军用级标准之间的差别并不仅仅是由不同的测试方案导致的。
还存在另外两个问题。第一个问题是封装材料的特性，封装材料可能会在硅失效之前就失效。第二个问题是热冲击的影响。AD590在缓慢冷却的情况下，在77K的温度下也能够工作的这种特性，并不意味着其在较高的瞬态热力学应用下突然被放置到液氮中，还能同样正常工作。
在芯片的标称温度范围外使用的唯一方法就是测试，测试，再测试，这样才确保您能够理解非标准温度对几个不同批次的芯片行为的影响。检查您所有的假设1。芯片制造商有可能会向您提供相关帮助，但是也可能不会给出有关标称温度范围外的芯片工作的任何信息。
问题：电容传感器现在已逐渐广泛应用于消费类电子设备中，它们是否具有足够的可靠性，能够在恶劣的工业环境中也同样发挥作用呢？
回答： 当然可以！电容传感器已经在诸如压力、接近度、位置与液面等精密工业测量中使用。作为工业和消费类应用中人机接口的首选方案，电容传感器正在迅速取代开关、按键、滚动条以及滚动轮。
电容传感器IC的本质是检测衬垫之间的电场变化。电容传感器会产生电场，当物体通过时会引起电场的变化，电场波动与电容变化成正比。数字电容转换器（CDC）处理电容变化并输出数字信号，然后可由微控制器或其他数字接口连接。由于传感器不含机械部件，从本质上讲，它们比早期的机械产品更加可靠。
恶劣的工业应用要求控制器件可以承受环境条件的持续变化，如大范围的温度波动、温度、尘埃、静电放大（ESD）、事故性溢漏或长期暴露在湿气中，电容传感器完全可以胜任。在工业应用的控制设备中，电容传感器能为用户提供选择恰当的“触摸感觉”的能力。
电容传感器的衬垫由一个薄的保护塑料层覆盖，因此衬垫不会受到尘埃和液体渗透的影响。塑料厚度可以根据具体应用而不同。针对这些情况，可对传感器进行调谐以补偿塑料层厚度的变化，在潮湿应用或者传感器衬垫可能受到液体、湿气或清洁剂的频繁影响情况下，这是特别重要的。保护塑料层还有助于加强传感器芯片的静电放电防护功能。
除了具有较长的寿命外，电容传感器还能够自动适应本地环境。一些新型的器件中内置了自适应环境衬偿（AEC）算法，可以连续监控传感器电容量水平，并对任何环境温度变化、温度变化甚至传感器电介质的退化进行补偿。AEC有助于确保正确与可靠的使用，不管本地环境如何。
因此，当您的设计需要开关、按键、滚动条、滚动轮，或者需要精密测量时，请相信确实有能实现这些设计的电容传感器。电容传感器相对于传统方案，能提供更为智能与可靠的选择。
回答. 电容当然也是如此。
如果你把1品脱的液体倒入一个1夸脱的瓶内（注：1品脱等于0.5夸脱），乐观的人会说瓶子一半都满了，但另一方面，悲观的人会抱怨说，瓶子的一半是空的。
从第三个角度i，工程师们则会客观的认为这是因为瓶子太大了。
这是一个容积的问题。与我们最近讨论的电阻一样，电容要比从它们的两条引线所想到的更为复杂，而且，并非越大越好。
电容除了它的电容量和工作电压之外，还有其他更多的特性。与它的标称容量相并联的，还有漏电阻和介电吸收。而与之串联的，是电感和有效串联电阻（ESR）。ESR是很重要的；我在不经意间所引起的一次最大的爆炸ii，是在进行超声清洗机工作的时候；当时，我正用一个高ESR的油浸电容来代替5-kW超声清洗机的振荡电路中的一个失效的高频（HF）云母电容。我还算幸运没出事，不过那台超声清洗机则未予幸免。
即使是低频的集成电路（IC），也含有频率响应达到数百或数千兆赫的晶体管。如果IC的电源引线没有做高频短路，那么，由印制板上的走线所产生的寄生效应可能产生谐振和振荡，这可能是某些示波器无法检测到的高频振荡。用在高频短路的电容必须具有很小的电感，以及很短的引线。太大的电容多半不会有足够小的电感，而有些小型电容（比如，环绕式塑料薄膜电容）也许也不合适。另一方面，这些去耦电容的精度和稳定性相对来说不是重要的考虑因素。
在有源滤波器中，精度和稳定性是至关重要的。在低频电源的去耦中，能够应对很大的纹波电流而又不引起过热的这个性能要求，限制了可供选用的电容类型。
十五或二十年前，介电吸收参数对选择用于采样保持电路（SHA，S/H，或T/H[跟踪保持电路]）的电容是非常重要的。直到今天，它对于采用分立电容的采样保持放大器仍然是非常重要的，但现在这些电容一般已集成在芯片上，而不是用分立元件。不过，漏电流在RC定时电路中仍然是重要的。
电容有极性和无极性的区别，在交流应用中也是重要的。
电容的选择除了简单的考虑所需的电容量之外，还涉及到其他复杂得多的问题。链接的文章详细的讨论了这些问题。
回答：测量结温或芯片温度的方法有几种，某些方法较优。第一个方法使用下面给出的经典结温方程：
TJ = TA + PDθJA
结温TJ等于环境温度TA加上器件功耗PD与器件热阻θJA的乘积。根据我的经验，这种计算相当保守，得到的结温大约比实际结温高出30%～50%，具体情况取决于制造商。
另外一种方法是使用热电偶，对于较大型封装来说，这种测量方法较为准确；但在较小型封装器件使用时就会遇到问题。例如，SC70或SOT等小型封装贴敷热电偶的面积较小。即使您能在一个封装上贴敷热电偶，热电偶的热质量实际上起到散热器的作用，从器件上吸走部分热量，从而给测量结果带来误差。
第三种方法是用红外照相机。这种方法实际上是测量封装外部的壳温，能够准确地测量较小型封装的芯片温度。在大多数情况下，壳温与结温之差只是几度。这种方法的缺陷是红外照相机价格往往相当高，大约是数万美元。
最后一种方法最经济且最准确的测量芯片温度的方法是利用片上二极管作为温度传感器。从半导体物理学的角度，我们知道在PN结上施加恒流源后，结电压随着温度的变化大约是-1 mV/°C ～ -2 mV/°C。描绘二极管电压随着温度的变化特征可以使用户测量二极管电压，并很容易地确定芯片温度。其中的窍门找到可以在运算放大器中作为传感器的二极管。大多数运算放大器无法提供专门的测温二极管，但您可以使现有二极管履行测温功能。今天的大多数放大器，如果不是全部，都内置静电放电（ESD）保护二极管以及输入保护二极管。ESD二极管连接放大器的输入端与输出端，以提供摆幅。因此，可以连接这些二极管，并利用它们作为轮廓（outlined）测量运算放大器的芯片温度。欲了解如何进行这一测量的详细信息，请参阅“作为温度传感器的ESD二极管配对”，点击或进入下面的ADI公司不常见问题主页即可。
解答： 现代的ADC是极为精密的，但是其绝对准确度并不总是与其精密度一致。假如小沃尔特（Walter）头顶上放了一个10厘米的苹果，那么威廉·退尔（William Tell）要射中苹果的射箭误差就要小于5厘米***。在50米的距离（可能不会更远了，在今天的比格伦（Bürglen）没有超过50米的中心开阔地区）时，这代表千分之一的误差，大约是10-比特的准确度。16-比特ADC的分辨度为216分之一（等于65536分之一或者百万分之十五，即15ppm）。这类ADC的线性度达到1个最低位比特即1个字（LSB）是很常见的。这就是说，其转移特性与直线的偏离小于满度的1/65536。
对于大多数的应用来说，这种线性度比绝对准确度要重要的多，但是在有些情况（例如威廉的情况）下，绝对准确度起着关键的作用。
现有的16-比特ADC都达不到满度的15ppm的绝对准确度。最好的16-比特ADC都有几个字（LSB）的增益误差。所以，即使使用最完美的参考源，其初始的绝对准确度最高也就是14-比特左右。当然，我们可以将其校准到优于16-比特，甚至进行温度补偿，但是作为现成的产品，其绝对准确度大约也就是14-比特。
这里没有考虑电压参考源的问题。因为大多数的应用场合需要的是线性度而不是绝对精度。很多ADC芯片上的电压参考源大约准确到10-比特，有些还要差一些。这是因为高精度参考源的体积很大，这样会使变换器变得更贵，而大多数的用户又不需要。
分立的参考源要好一些，但是仍然达不到16-比特的水平。现在达到的最好水平是在10V之下1mV的初始准确度，大约是13-比特。大多数高性能参考源的准确度在11到12-比特的数量级。即使经过校准也很难达到16-比特，并且在温度变化的情况下很难保持该准确度。
在大多数ADC应用中，相对准确度和线性度是很重要的，而绝对准确度则不然。在需要更高绝对准确度的情况下，则要将系统设计成能够通过校准和温度补偿来达到所需要的水平，并且理解制造厂家对变换器和参考源给出的基本限制指标也非常重要。要记住，不论其分辨度多高，带有内部电压参考源的ADC的绝对准确度在校准前很少能够超过10-比特——和老比尔（old Bill）达到的水平大致相同
回答： 当两个芯片工作得更好、成本更低、并使您的产品上市更快的时候。
发明薯片并且现在仍然生产出世界上最好的薯片的比利时人总是给薯片配上蛋黄酱。我不能想象为什么美国人把它叫做“法国炸薯条（French fries）”。最近在比利时和比利时的同事讨论（硅）芯片时，我已经指出集成电路芯片和薯片一样，质量比大小更重要。更多的薯片是好的——有的时候硅芯片也是这样。
集成是工业中最强大的力量之一——摩尔定律支配着它。增加集成度能够获得更小的尺寸、更低的成本、和更高的电源效率。这是很好的，但是完全集成——整个系统在一个芯片上——却不总是最好的。
纳米CMOS工艺集成了巨大数量的数字电路，但是也带来了更低的供电电压和更差的信号噪音比等强制因素。如果一个系统需要精密的模拟电路和牢靠的数字接口，那就没法应付。
我们可以将纳米CMOS工艺和较高电压器件、双极型或CMOS型器件结合起来，制造出能够处理模拟功能和较高电压数字功能的芯片。但是这样的多种工艺的芯片产出率较低、成本更高。仔细地将系统分成两个或者多个芯片常常能够得到较小的硅片废品率及较低的成本，而一个巨大的芯片的产出率却相对较低。
这种区分需要很高的技术水平。设计师必须对尺寸、成本、功率、功能和上市时间等进行优化。他/她的工具则是电路和系统设计技巧和高级的IC制造工艺。
在一个芯片上设计最新、最大的系统是很伟大的，但是如果上市迟了，你就可能丢掉工作而去钓鱼或者逛商场。最快的解决方案往往采用分立的计算和模拟高级数字芯片。迅速实现这种解决方案的一种方法是用FPGA来做计算芯片。这虽然不是成本最低、密度最高的解决方案，但是可以避免丢掉机会，而以后在产品的寿命周期内，再用更便宜的、专门设计的，但开发时间较长的芯片来代替它。
模拟芯片不需要都那么简单。现代模拟芯片常常包含强大的数字处理功能——其例子有S-D（S-D）变换器和智能内插DAC等。例如，智能内插DAC包含固件来将交织的QAM输入数据和数字内插分开，以避免使用输出抗混叠滤波器。
我并不赞成否定摩尔定律——集成仍然是很好的。但是往往采用聪明的芯片划分而不是整个集成的方案会改进您的产品，让您比竞争者更早的进入市场。然后您就可以庆祝一下——比利时人也会制造世界上最好的啤酒。
问题：基于变压器的数字隔离器能够代替光耦合器吗？在直流(DC)信号、磁场和尺寸方面不会有问题吗？
回答： 是的，基于变压器的数字隔离器能够代替光耦合器，可节省相当大的功耗，而且在DC信号、磁场和尺寸方面不会有问题。
我们可从保罗·瑞维尔（Paul Revere）午夜狂奔的故事（一盏灯笼表示从陆地来，两盏灯笼表示从海上来）中知道用光信号传送信息的缺点。灯笼用的能量比电话要多，而且当看见两盏闪烁的灯笼之后再于午夜策马飞奔，使这种通讯速度减慢。如果在1775年就发明了电话 1，那么这个消息就会很快地传到莱克星顿（Lexington）和协和镇（Concord），由此保罗（和他的马）就不用在寒冷的午夜长途飞奔去通风报信了。用这些时间他可能都做好了一个银壶。2
数字隔离器能够传送叠加在几百伏甚至几千伏电位差的数字信号。用红外光传送信号的光耦合器（而不是发光二极管（LED）和光电二极管）的效率不是很高，快速光耦合器需要很大的功耗。电磁场耦合的方法，像可怜的保罗还没有用过的（磁石式）电话，它提高了速度并且降低了功耗。
将微型变压器的两个绕组构造在一颗硅芯片上，并且用一层20祄厚的聚酰亚胺提供耐受超过5kV的隔离。多芯片键合技术使得我们可以做出一种包含两枚或者多枚多通道管芯（它们之间通过印制变压器传送信号）的单芯片封装集成电路（IC）。与光耦合器不同，这种数字隔离器可以做成双向传送。同样的隔离技术使我们可以在同一IC封装内制作 50mW的隔离电源，这就消除了光耦合器的一个主要问题——为隔离电路供电。
微型变压器只能在高频（HF）条件下工作，而且变压器不能在DC条件下工作。然而，这种数字隔离器通过简单的内部逻辑电路允许可靠地传送DC信号和低频逻辑信号，并以最小的抖动发送快速信号。该隔离器具有小尺寸封装和没有磁性材料的特点使其几乎不受外部磁场干扰。3
数字隔离器在低频条件下只使用光耦合器功率的1%；在50Mbps，即光耦合器最高传送速率条件下（数字隔离器可以工作在100Mbps以上），它使用光耦合器功率的大约20%。降低功率会使其提高可靠性。
数字隔离器符合大多数关于安全隔离的国际标准，并且通过了UL，CSA和VDE标准认证。就连保罗也会喜欢上这种器件。
1 弗朗西斯科·萨尔瓦（rancisco de Salva）虽然于1775年在西班牙发明一种电报方法，但是直到这一年的4月18日这种方法还没有传到美国马萨诸塞州。
2 保罗·瑞维尔在起义前是一名银器匠。欲参观他的一些作品请到波士顿美术博物馆(
http://tinyurl.com/ygdyo9)。
3 在与数字隔离器相距5mm 处的导线中流过1MHz频率500A电流的情况下，该数字隔离器不受影响。
问题：在移动电话、压力传感器或医用超声系统中选用哪一种放大器、开关和数据转换器最合适？
回答：只要性能和成本最合适就是最好的选择，不管它最初适合于什么应用。当选择一颗集成电路（IC）时，要看它能做什么，以及如何很好地工作，而不是看它是否适合于您要构建的系统类型。
上周我为了做意大利肉酱面条要在肉店买牛肉馅，但是注意到一些便宜的适合炖煮的鹿肉。于是我就买了一些，切碎后做成一顿美味的意大利面条“alla salsa di cervo”。一周后意大利面条“chile con venado”也同样做成功。
作为工程师我们必须使用最合适的可用资源来设计我们的系统。英文“engineer”一词来源于拉丁语“ingenium”，意指“机敏的”，即善于创新的。虽然博洛尼亚的肉糜汁面条和和辣椒牛肉面食谱中指定使用牛肉，但鹿肉的脂肪少而且味道更好。
如果因为某种 IC 在它的产品使用说明中没有列出某种具体的应用就排除它，则不是明智的判断。最近，我们进行了一项调查，以便弄清为什么有些公司买了我们许多用于手机的模拟开关而没有买一种在性能和价格两方面都更合适的另外一种类型的开关。调查结果表明，因为售出的那些开关在其可能的应用中列出了“适合于手机”，而另外一种更适合的开关在其产品使用说明中没有列出“适合于手机”，因此就没有考虑它。这样的工程师考虑不是明智的。
探询一些基本问题有助于我们选择这样的器件（原料），虽然它没有列出或指定我们的应用，但事实上是非常合适的。
例如，AD8210是一种很容易被忽视的有用器件。
AD8210被描述为一种“电流分流监视器”，在其产品使用说明中指出的“电流检测”应用之后列出六种汽车电流检测应用。潜在的用户认为AD8210只是一种用于汽车的电流传感器是可以谅解的。实际上，AD8210是一种仪表放大器，当它采用+5V单电源工作时具有0~65V共模抑制（CMR）能力。虽然它是为汽车高端电流测量开发的，但在必须测量具有高的正共模电压和相当低的源阻抗的小信号的场合它也是很有价值。AD8210已经成功用于工业仪表、航空电子设备、电池充电器和无数其它应用，但成功只属于那些眼光超越其产品使用中所列举应用范围的工程师。
回答：这是因为许多有源滤波器软件忽略了“实际的”放大器特性。 最近，我度假去红海潜水。临行之前，我把自己的手机和计算机都留在了家里，并把所有的工作都暂时抛在一边。但是，我却犯了一个愚蠢的错误，那就是用带有"Analog Devices"字样的帆布背包把毛巾和相机带到了潜水船上。在我的潜水伙伴中，有一位来自俄罗斯的游客，名叫Ekaterin。她刚刚采用ADI的运算放大器设计了一款有源滤波器，而且遇到了一些问题。她一眼就认出了我帆布背包上的“Analog Devices”公司标志，这下只好先中断我的休假！
她的滤波器设计无懈可击。Spice软件分析确认了这一点，而且元件的允许误差也很合适。幸运的是，我不必借助计算机就弄清了滤波器未能发挥预期效用的原因。其设计是利用一个“理 想的”运算放大器来制作的，其中所有的参数要么是零，要么就是“无穷大”。而现实生活很少会如此“顺心”。
电压反馈运算放大器通常具有高开环增益和单极点频率响应。高精密运算放大器虽然具有高于106的增益，但其增益带宽乘积一般不过几兆赫兹（MHz）而已，所以，其开环增益开始以几赫兹（Hz）的速度下降。到20kHz（声谱的上限）时，精密运算放大器的开环增益有可能小于50，这么低的增益会使设计的有源滤波器性能下降。此外，在大信号输入条件下，放大器的转换速率也会限制其频率响应。
高速运算放大器不存在这些问题，但是，许多快速运算放大器会出现电容性反馈引起的振荡。由于许多有源滤波器的拓扑结构都采用了电容性反馈，因此，采用电流反馈运算放大器来设计有源滤波器并非明智之举。
设计师常常采用高阻值电阻器，以便能够使用小型、廉价的精密电容器。流经大电阻器的偏置电流由于电阻中产生的电压降会使放大器的失调电压增加。另外，运算放大器的噪声电流也会增加对系统噪声的作用。
电阻器的热噪声（又称约翰逊噪声）也有可能超过运算放大器的噪声。并不是所有的滤波器设计师都会考虑到这一点，而且，他们也不会总是记得提供正确的高频电源去耦，故而导致放大器的高频响应性能降低。
Ekaterin遇到的问题是由于采用了一个速度过慢的放大器造成的，很幸运，我能够向她推荐一款速度较快的放大器。在我结束度假回家后不久，就得知这种做法令她的电路轻松地超越了其所需的性能。在解决了有源滤波器问题之后，我们两人重新潜入水中，尽情享受美轮美奂的海底世界，再也没有工作上的事情搅乱我的思绪了。
回答： 因为情况不是那样。
我对于那些想拿运算放大器做比较器的人的建议和Punch先生对那些要结婚的人的忠告2是一样的，“别那样做！”
总之，既然我的忠告和Punch先生一样，所以本文想为上述做法的人提出一些建议。
比较器具有差分输入和输出幅度接近电源电压（R-R）特性。运算放大器也是如此。比较器具有低失调电压、高增益和高共模抑制比（CMRR）。运算放大器也是如此。但比较器适合于开环工作、驱动逻辑电路、即使在过驱动情况下也能高速工作，并且可接受大的差分输入电压。运算放大器适合于闭环工作、驱动简单电阻或电抗负载 ——所以不适合于快速恢复过驱动。但运算放大器比较便宜，一个封装内常常包含4个，甚至是6个运算放大器（所以它常常用作备份运放），并且它的失调电压和偏置电流技术指标都优于大多数比较器。
将运算放大器当作比较器使用造成困难的原因主要有三点：速度、逻辑驱动能力和输入结构的不同影响。
比较器适合于处理大的差分输入信号，而运算放大器适合于两个输入端以相同电位闭环工作。如果运算放大器的输入端甚至只有几毫伏（mV）的差分输入电压，那么其内部电路就可能饱和。运算放大器的复复时间可能非常慢，并且根据过驱动程度和器件之间的差异性它可能有很大的变化。这种恢复时间的变化和速度的损失对比较器来说是不希望的。
如果运算放大器具有R-R输出特性并且它的电源电压与其驱动（CMOS或TTL）的饱和逻辑电源相同，那么没有接口问题。但是如果运算放大器和逻辑电源不同，那么就需要额外的接口电路来产生合适的电平，这样可能很复杂。
最后，运算放大器的两个输入端通常具有很高的输入阻抗和很低的偏置电流。但是如果对其两个输入端施加超过几百豪伏(mV)的差分输入电压，那么情况就可能不再是这样，各种不理想的行为3就会出现。另外，较高的过驱动也可能会给运算放大器的输入级造成小的损害，结果导致在实验室开发期间可能被忽视的缓慢累积的长期的性能损害。
1This is an allusion to a traditional British Army toast: "Wives and sweethearts – may they never meet!"
2 Punch's Almanac (English humorous magazine) - 1845
3 "Less than ideal" is marketing-speak for "crazy"
问题：为何在数字信号处理系统价格如此低廉而且功能如此强大时，仍推荐模拟信号处理?
回答： 因为有些时候模拟信号处理价格甚至更为低廉，而且可以完成数字信号处理不能完成的功能。模拟信号处理电路的销量可以证明这种说法。
伦敦南肯辛顿（South Kensington)科学博物馆建于维多利亚女王统治时期。尽管它运行良好而且很值得参观，但它很少因为其滑稽而闻??名。最近我参观了他们的计算机科学展区，??不过，我大声狂笑不止，差点因这种妨碍治安的行为而被拘禁。引起我失态的原因是??一个标有“淘汰的模拟计算技术”的玻璃橱窗，在其陈列物之中，放有一个AD534模拟乘法器。美国模拟器件公司（ADI）生产此器件已经有30多年历史了，而且它的销售收入持续稳定。
事实上还有大量的模拟信号处理明显优于数字信号处理的应用场合。数字乘法器虽然简单易用而且价格低廉，但是如果原始数据和所需要的输出均为模拟形式，那么完成从模拟信号向数字信号转换所需要的模数转换器(ADC) 和数模转换器(DAC)的成本及其复杂?程度通常会超过模拟乘法器的成本与复杂程度。另外，数字传输延时对于高速系统来说也太长。
此外，在ADC之前处理模拟信号可能更为有效，即便是需要数字数据时也是如此。一个典型案例是交流功率测量。如果被测信号是一种简单的50 Hz或60 Hz正弦波而且其负载为阻性负载，那么这种测量就很简单。但是如果被测信号比较复杂，负载为电抗性负??载，或工作频率较高，那么必须对负载上的电压和电流进行过采样来测定其有效功率，从而增加了对数据转换器（ADC和DAC）和数字信号处理器的要求。一个由负载中的电压和电流驱动的模拟乘法器，其输出与瞬时功率成比例，如果对它进行积分和采样可能会很慢。
即便我们只对复杂波形的均方根值（RMS）电压感兴趣，模拟RMS以几吉赫（GHz）工作频率计算——比过采样数字信号处理系统快100倍。
当然，ADC最高分辨率的动态范围低于模拟对数放大器20或30 dB。因此仍有许多其它的模拟信号处理在成本和性能方面明显超越数字信号处理的应用案例。
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- Key Features of ADE71xx/ADE75xx Family of Energy Measurement ICs (pdf, 248,320 bytes)
Recently, Analog Devices announced two families of single-chip energy meter system on a chip (SoC) ICs, the ADE71xx and ADE75xx, that can be used as the central unit in smart single-phase energy meters. Besides the energy measurement dedicated circuitry, these devices integrate an 8052 microcontroller with flash memory, LCD driver, tamper detection circuitry, real-time clock (RTC), and intelligent battery management. more ...
技术书店 - Analog Devices Technical Bookstore
Now available, a series of ADI Technical books covering a wide range design topics, from Practical Analog Techniques to Mixed Signal and DSP information. These books have been written by the Applications Engineering Staff at Analog Devices, including well-known authors such as Walt Kester, Walt Jung, James Bryant and Hank Zumbahlen. Books are priced at $40.00 each.
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High-Speed Design Techniques Order Now ($40)
The book,
High Speed Design Techniques, contains chapters on high speed operational amplifiers, RF/IF subsystems, high speed sampling and high speed A/D Converters, high speed D/A converters and DDS systems. It also covers high speed hardware design techniques.
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Practical Design Techniques for Power and Thermal Management Order Now ($40)
This book focuses on three rather broad and inter-related topics: Power Management, Thermal Management and Hardware Monitoring. They are discussed in terms of the various design and applications issues associated with each as well as showing how modern ICs allow cost effective and efficient solutions.
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Mixed Signal and DSP Design Techniques Order Now ($40)
This book covers sampled data systems, choosing A-to-D and D-to-A converters for DSP applications, fast Fourier transforms, digital filters, selecting DSP hardware, interfacing to DSP chips, and hardware design techniques. This book explains signal processing hardware–how it works, how to interface to it, and how to design it and debug it. Master the art and science of mixed-signal and DSP design with this informative and practical guide.
这个帖子。。。。涉及好广泛
ADI公司的应用指南写得相当不错，建议做接收相关电路的同志可以仔细看看。
说的很形象，容易理解，支持。
辛苦辛苦，多谢楼主分享～～:31bb :31bb :31bb
不错，谢谢楼主
SwitchesandMux_ST.5_2007.pdf (458.69 KB) 
