模拟开关是一种用于导通或隔离模拟信号（包括电压和电流信号）并支持模拟应用（如音频和视频数据传输）的电子开关。多路模拟开关或多路开关是自动数据采集、程控增益放大等重要技术领域常用的器件之一，其在系统中的实际使用性能优劣对系统的严谨性和可靠性有重要影响。
然而，在一些文献中关于多路开关的应用技术介绍存在两个不足之处。首先，这些文献更多地介绍了器件本身，但对于器件与相关电路的合理搭配与协调的介绍较少；其次，它们更多地介绍了原则性的内容，而对于操作性的内容介绍较少。
研究表明，只有正确选择多路开关的类型，并注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调，才能确保各电路单元具有适当的工作状态，从而充分发挥多路开关的性能，甚至弥补某些性能指标的缺陷，获得预期的效果。因此，本文从应用的角度出发，研究多路开关的应用技巧。
目前市场上的多路开关多采用CMOS电路，因此本文中的讨论主要针对这类产品，除非另有特别说明。
选择“先断后通”与“先通后断”方式
目前市场上的多路开关通断切换方式主要有两种，即“先断后通”（Break-Before-Make）和“先通后断”。在自动数据采集中，应该选择“先断后通”的多路开关。这是因为如果选用了“先通后断”的开关，可能会出现两个通道短接的情况，严重时甚至会损坏信号源或多路开关本身。但是，在程控增益放大器中，如果使用多路开关来改变集成运算放大器的反馈电阻以调整放大器的增益，就不适宜选择“先断后通”的多路开关。因为这样会导致放大器处于开环状态，而开环增益极高，容易破坏电路的正常工作甚至损坏元器件，一般应避免这种情况的发生。
选择合适的传输信号输入方式
传输信号一般有两种输入方式，即单端输入和差动输入，根据不同的应用场景选择合适的方式。单端输入方式将所有信号源的一端连接到相同的信号地，信号地与ADC等模拟设备的地相连，各信号源的另一端分别连接到多路开关。图1(a)展示了单端输入方式的接法，其中Vs表示传输信号，Vc表示系统中的共模干扰信号。这种接法的优点是无需减少通道数，同时可以保证系统具有良好的共模抑制能力。但缺点是只适用于所有传输信号都参考一个公共电位且各信号源置于相同噪声环境下的情况，否则可能引入额外的差模干扰。图1(b)展示了另一种接法，适用于所有传输信号与系统模拟公共地进行测量，并且信号电平明显高于系统的共模干扰。这种接法的优点是可以获得更多的通道数，但缺点是系统基本失去了共模抑制能力。另外一种方式是差动输入，图2展示了差动输入方式的接法，即将所有信号源的两端分别连接到多路开关的输入端。差动输入方式的优点是具有较强的抗共模干扰能力，但实际通道数只有单端输入方式的一半。当传输信号的信噪比较低时，必须使用差动输入方式。
减小导通电阻的影响
多路开关的导通电阻RON通常较大（一般在数十Ω至1kΩ之间），比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级）要大得多。这会对自动数据采集的信号传输精度或程控增益放大的增益产生明显影响。此外，RON通道会随电源电压、传输信号幅度等变化而变化，难以进行后期修正。因此，在实践中通常采取措施来减小RON的影响。以CD4051为例，测试发现，当VDD=5V、VEE=0V时，RON为280Ω，且随输入模拟电压变化突变；当VDD>10V、VEE=0V时，RON为100Ω。
消除抖动引起的误差
多路开关在通道切换过程中会存在抖动现象，类似于机械开关。这种抖动会导致瞬时变化，如果在这个过程中进行信号采集，可能会引入较大的误差。为了消除由抖动引起的误差，可以采取以下两种常用方法：硬件方法和软件方法。
硬件方法是通过使用RC滤波器来除去抖动。通过在多路开关输出端添加RC滤波电路，可以平滑输出信号并减小抖动。这样可以降低误差并提高采集精度。然而，硬件方法需要额外的电路设计和调整，增加了系统的复杂性和成本。
另一种方法是使用软件延时来解决抖动问题，特别适用于带有微处理器（μP）的系统。通过在数据采集程序中加入适当的延时循环语句，可以确保在多路开关通断切换稳定之后再进行数据采集。这种软件方法相对简单且成本较低，因为它不需要额外的硬件电路。在上述例子中，只需在原有的数据采集程序中添加适当的延时循环语句，即可提高采集精度并消除误差。采集结果将落在预期范围内，从而保证了数据的准确性。
综上所述，减小抖动引起的误差可以通过硬件方法和软件方法来解决。具体选择哪种方法取决于系统的需求、成本和复杂性等因素。使用软件延时的方法在带有微处理器的系统中更为常见和优势，因为它简单且成本较低。
小结
模拟开关（固态继电器）和数字开关是不同的。模拟开关集成芯片（IC）在开启时，可以传输模拟信号和数字信号，无论信号的传播方向如何。这使得模拟开关能够在输入引脚和输出引脚之间传导信号。
然而，在实践中，由于芯片种类或应用场合的限制，多路开关可能会提供多余的通道。这些多余的通道可能会产生干扰信号，因为多路开关的内部电路相互联系。因此，在必要时需要适当处理这些多余的通道。
处理多余通道的方法可以有多种，具体取决于系统的需求和设计。以下是一些常见的处理方法：
屏蔽未使用通道: 如果某些通道没有被使用，可以将其屏蔽或禁止。这样可以防止未使用通道产生干扰信号，并提高系统的抗干扰性能。
电磁隔离: 对于需要更高的信号隔离性能的应用，可以使用电磁隔离技术来隔离未使用通道。通过使用适当的隔离元件，可以有效地隔离信号并减小干扰。
滤波和抑制: 对于已经产生的干扰信号，可以采取滤波和抑制措施进行处理。通过使用滤波器、抑制电路或其他干扰抑制技术，可以减小干扰信号的影响并保持所需的信号质量。
合理布局和地线设计: 在多路开关的布局和地线设计过程中，需要考虑信号的交叉干扰和地线回路的干扰问题。合理的布局和地线设计可以降低干扰信号的传播和影响范围。
综上所述，对于多余通道产生的干扰信号，在实践中可以采取屏蔽、电磁隔离、滤波和抑制等方法进行适当处理。此外，合理的布局和地线设计也是降低干扰的重要因素。具体的处理方法应根据系统需求和设计来选择和实施。
关键词：模拟开关
