MOS模擬開關基本及其模擬電路-數字微分分析器詳解

MOS模擬開關

對模擬信號作取樣保持，或電子計算機、自動控制機等機器中變換多數信號時所用的開關，都是模擬開關。模擬開關不只是像斬波器那樣使微弱信號通斷，而且能用作較大信號的開關。

MOS模擬開關的主要用途有

1）比較器

2）電子計算機的分時處理

3）遙測儀的分時傳輸

4）取樣保持電路、模擬存儲器

等等。

MOS管適合用作模擬開關的理由如下：如使用增強型MOS晶體管，其截止時的阻抗極高（約10¹⁰Ω），柵漏泄電流很小，因而導通電阻與截止電阻之比可取得很高，從而開關的精度極好。最常用的電路——多路調制器電路，如圖3.104所示。

模擬開關的基本電路示于圖3.105。用模擬開關構成模擬存儲器的例子如圖3.106所示。若用另一模擬開關讀出存儲在電容器C上的信號，即可構成非破壞性的模擬存儲器。

MOS數字微分分析器

數字微分分析器（Digital Differential Analyzer，簡作DDA）目前除用于控制系統和感應裝置、函數發生器。模擬計算器外，還用于分析線性和非線性問題。MOS數字微分分析器與用雙極型集成電路和分立元件構成的同類產品相比，具有廉價、高速、高精度的特點。美國奧托內特公司為廣告宣傳制作的數字微分分析器，由六個積分器、一個定時電路和一個輸入輸出同步器構成。六個積分器中有一個供處理系數用，其余五個供解決各種問題之用。這種積y寄存器分器構成數字微分分析器與用雙極型成電路和分立元件構成的同類產品相比，具有廉價、高速、高精度的特點。美國奧托內特公司為廣告宣傳制作的數字微分分析器，由六個積分器、一個定時電路和一個輸入輸出同步器構成。六個積分器中有一個供處理系數用，其余五個供解決數字微分分析器的中心。下面對此作一些說明。

（1）數字微分分析積分器

數字微分分析積分器的框圖如圖3.107所示。積分器中有兩個加減法器，一個進行Yn+1=Yn+ΔYn+1的運算，另一個進行Rn+1=Rn+Yn+1●ΔXn+1的運算。

此積分器由最低位起進行串行加減法運算。在進行Y加減法運算時，對來自Y寄存器的輸入信號與來自換算器的輸入信號進行加減法運算。此積分器使用了有2的補數的二進制數。之所以這樣做，是由于符號位的正數可用0表示，負數可用1表示的緣故。

（2）溢出檢測電路

積分器中是用變分進行積分的。連續積分所用的公式為

而對于數字微分分析積分器，此積分可按下述形式進行積分

式中Δx常為2ⁿ（或為0）；n為整數。于是式（3.23）的（Xi）●ΔXi只移動（Xi）的二進制點即可。若

（Xi）●Δx為

這是說最高位只移動了6位，并沒有什么意義。因此，若f（Xi+1）=f（Xi）+（Xi）●ΔXi中f（Xi）為6位，則f（Xi+1）為12位，或變成了（Xi）●ΔXi的位數。依此類推，f（Xi+1）●ΔX+1還要加6位。為了除掉這種不合理現象，可用數字微分分析積分器將（Xi）●ΔXi加到R寄存器中。在這里檢驗有幾個0，但0并不存儲起來。由于（X）●ΔX一加到R寄存器中就要溢出，所以要檢查溢出門并使觸發器置位。這可使ΔZ+在下一個字期間保持為“1”電平。

（3）換算

換算是決定各寄存器中字長的過程。寄存器的長度在積分器中都是相同的，由最長的字決定。輸入到積分器的字的最低位由換算輸入決定，被加到Y寄存器的內容中去或者從Y寄存器的內容中減掉。其輸入僅在最低位時為“1”電平。例如

在上圖中設2.5≤X<10，dх=2¹⁰，則

換算后，則為

所以，在最前面的兩個積分器中，最低位是11；在后面的積分器中，最低位是13。

（4）初始條件

上例中，由于整個Y寄存器向積分器增加變分Δy或從積分器減少變分Δy，所以一開始就應給出初始條件。

在二進制數中

在二進制數中

用定時脈沖畫出上式即如下圖所示（給出的是16位移位寄存器）。

（5）誤差

數字微分分析積分器，由于是用分割成小區域的方法進行積分的，存在若干誤差來源。藉助于Y寄存器的位數將Y（n）化成整數。其余部分存儲于產生Y●x的積分器的R寄存器中（參看圖3.108）。若系偏置誤差型，R寄存器在溢出后仍保持為正數。因此，在R寄存器的其余部分仍處于低電平狀態。若系非偏置誤差型，R寄存器在溢出后變為負值。所以，進位誤差加上符號位誤差，Y寄存器的誤差在一1/2至1/2之間。當溢出大數時，偏置誤差型的Y的誤差平均值為+1/2最低位。而非偏置誤差型的Y的平均誤差為0。

以上對數字微分分析器作了扼要分析，而MOS數字微分分析器還可以進行更高次積分與梯形積分等。

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