| 在切換音頻和視頻信號時，難點在于如何避免引入噪聲，以及因設備電阻或附帶電容導致的信號損失。雖然 CMOS 模擬開關既有效又高效，但設計人員需要了解關鍵的參數折衷才能正確使用它們。在音頻或視頻信號源間切換可能非常棘手。大多數機械開關或繼電器并非為切換多媒體信號而設計，并且可能產生干擾，例如較大的爆音或視覺干擾。開關電路可以從頭設計，但這會增加設計復雜性和時間。
為解決此問題，可以使用簡單的 CMOS 模擬開關。它們的工作原理與小型半導體繼電器相似，允許電流在兩個方向流動，且損耗較低。憑借先開后合和低導通電阻等特性，可消除切換期間的音頻或視覺噪聲，同時減少信號損失。但在實踐中，在使用模擬開關之前，設計人員還需要考慮各種規格的權衡。本文將首先討論模擬開關基礎知識和相關的設計權衡，然后介紹合適的解決方案及其使用方法。
模擬開關使用并行的 P 溝道 MOSFET 與 N 溝道 MOSFET 來創建雙向開關。ON Semiconductor 的 NS5B1G384 SPST 常閉模擬開關便是一個簡單的 CMOS 模擬開關示例（圖 1）。控制輸入根據器件配置是常開 (NO) 還是常閉 (NC)，將適當的逆變和非逆變信號發送到 MOSFET 柵極。
圖 1：簡單 SPST 模擬開關的高級表示。單個觸點根據控制輸入信號 IN 的狀態來接通和斷開
理想情況下，模擬開關應具有盡可能低的開關電阻 (RON)。實現方法是設計 CMOS 開關，通過增加 MOSFET 漏極/源極面積，為電子流動創造更多表面積并降低導通電阻。但是，增加表面積具有增大寄生電容的缺點。在較高頻率下，此寄生電容可能成為一個問題，即形成低通濾波器從而導致失真。電容器還會因充電和放電時間而導致傳播延遲。
在為給定應用選擇 CMOS 開關時，權衡 RON 與寄生電容是關鍵。并非每個應用都需要低 RON，并且在某些情況下，模擬開關與電阻負載串聯，使得 RON 可以忽略不計。但對于視頻信號，權衡 RON 與寄生電容就變得很重要。隨著 RON 的減小，寄生電容會增加。這會切斷高頻信號，導致帶寬降低或失真。
對于圖 1 所示的 NS5B1G384 案例而言，該器件具有 4.0 Ω（典型值）的較低 RON。寄生電容非常低，為 12 皮法 (pF)，因而此開關可適用高至 330 MHz 的信號。
要在兩個音頻信號輸出之間切換音頻輸入信號，須將音頻輸入連接到兩個 NS5B1G384 開關的 COM 引腳。將每個開關的 NC 引腳連接到其各自的變換器，例如耳機和揚聲器。請注意，一次只能選擇一個 IN 引腳。
在此配置中，模擬開關的導通時間和關斷時間變得很重要。對于 NS5B1G384，導通時間為 6.0 納秒 (ns)，關斷時間為 2.0 ns。使用多個開關時，更快的關斷時間可實現先開后合功能。這確保了在連接一個開關之前先斷開另一個開關，從而防止兩個負載同時連接。這還減少了在切換音頻信號時不時在音頻設備上聽到的爆音。
另一種在兩個音頻信號輸出之間切換的替代解決方案是使用兩個 SPDT 模擬開關。例如，Analog Devices 的 ADG884BCPZ-REEL 在一個封裝中包含了兩個 SPDT 模擬開關。使用 5 V 電源時，兩個開關的 RON 都很低，介于 0.28 Ω（典型值）和 0.41 Ω（最大值）之間，因而適合低損耗音頻信號切換。但如此低的 RON 也要付出代價。開關打開時，模擬開關觸點之間的寄生電容為 295 pF。
ADG884 可通過開關處理 400 mA 電流，因而適合從音頻放大器直接驅動揚聲器（圖 2）。
圖 2：該基本電路使用單個 Analog Devices ADG884 在兩個音頻輸出設備之間切換
為了最大限度降低 EMI 將噪聲注入音頻輸出的可能性，音頻放大器在印刷電路板上的位置應盡可能靠近 ADG884。耳機插孔也應盡可能靠近 ADG884。如果揚聲器不使用插孔，則應在 ADG884 和揚聲器之間使用屏蔽音頻線。
如果音頻輸入信號為差分對，則信號對 S1A/S1B、S2A/S2B 和 D1/D2 在印刷電路板上的布線位置應彼此相鄰，以抵消任何共有干擾，進而消除揚聲器或耳機的噪聲。 |
