Как уже отмечалось выше, сопротивление КМОП-ключа в открытом состоянииRON изменяется в зависимости от величины и полярности коммутируемого напряжения. Графики этой зависимости имеют характерный двугорбый вид, называемый иногда «короной». НаРис. 7.25 приведены графики зависимостиRON от напряжения VD на стоке (илиVS на истоке) для распространенных мультиплексоров семейства ADG5xx для трех различных значений напряжений двухполярного питания: положительного +VS и отрицательного-VS; а на Рис. 7.26 — изменения этих сопротивлений RON относительно минимальных значений.
Эта зависимость сопротивления открытого канала от величины входного сигнала известна как модуляцияRONи указывается в фирменной документации на коммутаторы как неравномерность сопротивления открытого канала RFLAT_ON.Очевидно, что чем больше неравномерность сопротивления открытого канала коммутатора в диапазоне изменения входного сигнала, тем больше нелинейные искажения сигнала на его выходе. Поэтому для уменьшения искажений целесообразно увеличивать напряжение питания коммутатора и снижать диапазон входного сигнала, коммутируемого ключом. Например, для
мультиплексора из семейства ADG5xx, работающего при питании ±15 В,RONне превышает 4 Ом в диапазоне входного сигнала ±3 В, увеличиваясь до 12 Ом в диапазоне ±5 В и до 30 Ом в диапазоне ±7 В [7.1]. Можно, конечно, соединить ключ с виртуальной землей операционного усилителя. Это обеспечит низкое напряжение на открытом ключе, что в свою очередь устранит проблемы модуляцииRON, однако во многих случаях требуется коммутировать сигналы относительно высоких напряжений.
Типичный вариант применения мультиплексора, нагруженного на резистор иллюстрируется наРис. 7.27. Сопротивление показанное в каждом канале мультиплексора — это выходное сопротивление k-го источника сигнала.
В диапазоне возможного изменения сигналов степень их искажения, обусловленная модуляцией, может быть оценена по формуле [7.1]
(7.1)
Как следует из формулы (7.1), выбирая внешние сопротивления RL и RSдостаточно большими, можно снизить искажение, вносимое каналом коммутатора, до желаемого уровня, однако высокие значения сопротивлений резисторов увеличивают шум в канале, требуют применения дополнительных усилителей.
В документации на некоторые модели коммутаторов и мультиплексоров приводятся графики зависимости суммарного коэффициента гармоник (THD) от частоты приRL=RS= 600 Ом. Интересно, что обычно они приводятся для режима максимально высоких напряжений питания и диапазона входных напряжений 1 В/п-п (означает 1 В от пика до пика напряжения). При этом получается очень красиво — THD не более 0.02% и не зависит от частоты. На практике при увеличении диапазона входных напряжений до оговоренных техническими условиями -VS < VIN < +VS THD резко возрастает.
НаРис. 7.28 приведена номограмма[7.1], которая позволяет быстро оценить в первом приближении искажение, вносимое неравномерностью RON мультиплексора, включенного по схеме наРис. 7.27.
Левая шкала номограммы представляет полное сопротивление канала, включаяRON ключа при VD(VS) = 0 В, средняя шкала представляет THD, правая шкала представляет RON в выбранном диапазоне изменения сигналов. Для использования номограммы следует провести прямую линию между соответствующими точками внешних шкал. Точка пересечения этой прямой со средней шкалой определяет ожидаемый уровень THD.
Пример. 7.1. Мультиплексор семейства ADG5xx, характеристики которого приведены наРис. 7.25 включен по схеме наРис. 7.27. Питание ±15 В. При VD(VS) = 0BRON = 150 Ом. В диапазоне VIN ±12 В RON = 60 0m. Если Rs= 0, RL=4kOm, то, как следует из номограммы, THD = 0.3% (—50 дБ) (прямая 1 на Рис. 7.28). В случае RL =20kOm, характеристики улучшаются, и получаем THD = 0.083% (-62 дБ) (прямая 2).