【導讀】源極和漏極之間的關斷電容C_DS(OFF)可用來衡量關斷開關后，源極信號耦合到漏極的能力。它是固態繼電器（如PhotoMOS^?、OptoMOS^?、光繼電器或MOSFET繼電器）中常見的規格參數，在固態繼電器數據手冊中通常稱為輸出電容C_OUT。CMOS開關通常不包含此規格參數，但關斷隔離度是表征相同現象的另一種方法，關斷隔離度定義為，開關關斷狀態下，耦合到漏極的源極的信號量。本文將討論如何從關斷隔離度推導出C_OUT，以及如何通過它來更有效地比較固態繼電器和CMOS開關的性能。這一點很重要，因為CMOS開關適合許多使用固態繼電器的應用，例如切換直流信號和高速交流信號。

如何從關斷隔離度導出 C_DS(OFF)

圖1顯示 ADG5412的關斷隔離度與頻率的典型性能圖。該圖顯示，當源極上的信號頻率上升時，關斷隔離度降低。

圖1.ADG5412關斷隔離度與頻率的關系（±15 V雙電源）。

這意味著，隨著信號頻率增加，源極上有更多信號會出現在關斷開關的漏極。如果您觀察開關的等效電路在關斷狀態下的表現，如圖2中的測試電路所示，會發現這種狀況不足為奇。當開關處于斷開狀態時，源極和漏極之間存在寄生電容，即圖中的C_DS(OFF)。這種寄生電容使高頻信號能夠通過，關斷隔離圖就是為了確定這些特征。

圖2.關斷隔離度測量測試電路。

我們從圖2所示的測試電路中獲取V_S和V_OUT，然后將它們代入以下公式中，以計算關斷隔離度：

將從關斷隔離圖中得到的結果應用到開路開關的等效電路中，可計算得出CMOS開關的C_DS(OFF)。首先，如果考慮關斷開關通道和負載，我們可以將電路視為高通濾波器，如圖3所示。

圖3.C_DS(OFF)和R_L高通濾波器。

所示電路的轉換函數可以通過以下公式計算得出：

接下來，考慮源電壓V_S及其阻抗，如圖2所示。源阻抗R_S為50 Ω，與50 Ω負載阻抗R_L匹配。假設在理想情況下，C_DS(OFF)短路，那么在阻抗相等時，V_S為V_IN的2倍。這意味著，當根據V_S計算轉換函數時，整個轉換函數會翻倍。

所以，整個系統的轉換函數為：

然后，可以將這個轉換函數代入關斷隔離度公式，得出：

然后，重新變換該公式，求解C_DS(OFF)的值：

這意味著，如果知道R_L、輸入信號的頻率f，以及關斷隔離規格值(dB)，就可以計算出C_DS(OFF)。這些值可以在ADI公司產品系列中的開關或多路復用器產品的數據手冊中找到。以下示例將展示其執行步驟。

C_DS(OFF)計算示例

本例使用受SPI控制的4路SPST開關 ADGS1612。ADGS1612的關斷隔離規格為?65 dB，可以在數據手冊中的表1中找到。根據關斷隔離規格的測試條件部分，R_L為50 ?，信號頻率f為100 kHz。將這些值代入C_DS(OFF)公式，可以計算得出電容值。

注意，在開關與多路復用器的關斷隔離測量電路中，在開關通道的源極引腳之前，可能包含一個額外的50 ?端接電阻，如圖4所示。采用以這種方式測量得出的關斷隔離規格，仍然可以使用C_DS(OFF)公式進行計算。但是，如果源極引腳使用50 Ω端接電阻（隨后用于C_DS(OFF)公式中），需要在數據手冊給出的關斷隔離規格的基礎上加上6 dB。這是為了進行補償，因為源極的50 ?端接電阻會使電壓減半，相當于?6 dB。

圖4.源極上具有50 ?端接電阻的關斷隔離度測試電路。

CMOS開關與固態繼電器的關系

表1顯示從ADI公司產品系列中選擇的開關產品的C_DS(OFF)值。 ADG54xx 和 ADG52xx 系列可以處理擺幅高達44 V的信號電壓， ADG14xx 和 ADG12xx 系列可以傳輸擺幅高達33 V的信號電壓。這種可比較信號的范圍為30 V至40 V固態繼電器。表中的最后一列還顯示了如何使用C_DS(OFF)和開關導通電阻來計算R_ON、C_DS(OFF)乘積，在固態繼電器中，它被用作等第值(order of merit)。R_ON、C_DS(OFF)乘積顯示在開關開啟時，對信號的衰減影響非常小，以及開關在關斷時，阻截高速信號的作用有多強。該表顯示 ADG1412 的R_ON、C_OFF乘積小于5，在市面上的固態繼電器中，這一點相當有優勢。

表1.在ADI公司產品系列中選擇SPST × 4開關的 C_DS(OFF)

與固態繼電器相比，CMOS開關具有多項優勢。具體包括：

●    更易于驅動開關邏輯

ADI公司大部分CMOS開關的典型數字輸入電流為1 nA，而固態繼電器中二極管的推薦正向電流為5 mA。這意味著，CMOS開關易于直接被微控制器上的GPIO控制。

●    更快的開關速度

ADG1412的典型開啟時間為100 ns，固態繼電器的開啟時間為幾百毫秒。

●    單個封裝內集成更多開關

例如， ADGS1414D 采用5 mm × 4 mm封裝，具有8個開關通道、1.5 ?導通電阻和5 pF CDS(OFF)。也就是說，每2.5 mm2封裝面積內一個開關。

結論

開關在關斷狀態下阻截信號的能力至關重要。在固態繼電器中，C_OFF規格用于衡量開關兩端的電容，它允許輸入信號耦合到關斷開關的輸出。在CMOS開關中，不會直接測量此電容；但是，可以通過關斷隔離度規格來推算此電容。通過推導開路開關的轉換函數，可以使用關斷隔離度值(dB)、輸入信號的頻率和負載電阻來確定C_DS(OFF)。在比較CMOS開關和固態繼電器的C_OUT規格時，C_DS(OFF)是一個重要值。此外，C_DS(OFF)還可用于計算R_ON、C_DS(OFF)乘積，這是一個等第值，用于顯示開關的整體關斷隔離和信號丟失性能。這樣針對應用選擇開關時，就可以更直觀對CMOS開關和固態繼電器進行比較選擇。相比固態繼電器，CMOS開關也有諸多優勢，例如，更易于驅動開關邏輯、更快的開關速度，以及能夠在封裝中集成更多開關。

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