MOS模拟开关基本及其模拟电路-数字微分分析器详解

MOS模拟开关

对模拟信号作取样保持，或电子计算机、自动控制机等机器中变换多数信号时所用的开关，都是模拟开关。模拟开关不只是像斩波器那样使微弱信号通断，而且能用作较大信号的开关。

MOS模拟开关的主要用途有

1）比较器

2）电子计算机的分时处理

3）遥测仪的分时传输

4）取样保持电路、模拟存储器

等等。

MOS管适合用作模拟开关的理由如下：如使用增强型MOS晶体管，其截止时的阻抗极高（约10¹⁰Ω），栅漏泄电流很小，因而导通电阻与截止电阻之比可取得很高，从而开关的精度极好。最常用的电路——多路调制器电路，如图3.104所示。

模拟开关的基本电路示于图3.105。用模拟开关构成模拟存储器的例子如图3.106所示。若用另一模拟开关读出存储在电容器C上的信号，即可构成非破坏性的模拟存储器。

MOS数字微分分析器

数字微分分析器（Digital Differential Analyzer，简作DDA）目前除用于控制系统和感应装置、函数发生器。模拟计算器外，还用于分析线性和非线性问题。MOS数字微分分析器与用双极型集成电路和分立元件构成的同类产品相比，具有廉价、高速、高精度的特点。美国奥托内特公司为广告宣传制作的数字微分分析器，由六个积分器、一个定时电路和一个输入输出同步器构成。六个积分器中有一个供处理系数用，其余五个供解决各种问题之用。这种积y寄存器分器构成数字微分分析器与用双极型成电路和分立元件构成的同类产品相比，具有廉价、高速、高精度的特点。美国奥托内特公司为广告宣传制作的数字微分分析器，由六个积分器、一个定时电路和一个输入输出同步器构成。六个积分器中有一个供处理系数用，其余五个供解决数字微分分析器的中心。下面对此作一些说明。

（1）数字微分分析积分器

数字微分分析积分器的框图如图3.107所示。积分器中有两个加减法器，一个进行Yn+1=Yn+ΔYn+1的运算，另一个进行Rn+1=Rn+Yn+1●ΔXn+1的运算。

此积分器由最低位起进行串行加减法运算。在进行Y加减法运算时，对来自Y寄存器的输入信号与来自换算器的输入信号进行加减法运算。此积分器使用了有2的补数的二进制数。之所以这样做，是由于符号位的正数可用0表示，负数可用1表示的缘故。

（2）溢出检测电路

积分器中是用变分进行积分的。连续积分所用的公式为

而对于数字微分分析积分器，此积分可按下述形式进行积分

式中Δx常为2ⁿ（或为0）；n为整数。于是式（3.23）的（Xi）●ΔXi只移动（Xi）的二进制点即可。若

（Xi）●Δx为

这是说最高位只移动了6位，并没有什么意义。因此，若f（Xi+1）=f（Xi）+（Xi）●ΔXi中f（Xi）为6位，则f（Xi+1）为12位，或变成了（Xi）●ΔXi的位数。依此类推，f（Xi+1）●ΔX+1还要加6位。为了除掉这种不合理现象，可用数字微分分析积分器将（Xi）●ΔXi加到R寄存器中。在这里检验有几个0，但0并不存储起来。由于（X）●ΔX一加到R寄存器中就要溢出，所以要检查溢出门并使触发器置位。这可使ΔZ+在下一个字期间保持为“1”电平。

（3）换算

换算是决定各寄存器中字长的过程。寄存器的长度在积分器中都是相同的，由最长的字决定。输入到积分器的字的最低位由换算输入决定，被加到Y寄存器的内容中去或者从Y寄存器的内容中减掉。其输入仅在最低位时为“1”电平。例如

在上图中设2.5≤X<10，dх=2¹⁰，则

换算后，则为

所以，在最前面的两个积分器中，最低位是11；在后面的积分器中，最低位是13。

（4）初始条件

上例中，由于整个Y寄存器向积分器增加变分Δy或从积分器减少变分Δy，所以一开始就应给出初始条件。

在二进制数中

在二进制数中

用定时脉冲画出上式即如下图所示（给出的是16位移位寄存器）。

（5）误差

数字微分分析积分器，由于是用分割成小区域的方法进行积分的，存在若干误差来源。藉助于Y寄存器的位数将Y（n）化成整数。其余部分存储于产生Y●x的积分器的R寄存器中（参看图3.108）。若系偏置误差型，R寄存器在溢出后仍保持为正数。因此，在R寄存器的其余部分仍处于低电平状态。若系非偏置误差型，R寄存器在溢出后变为负值。所以，进位误差加上符号位误差，Y寄存器的误差在一1/2至1/2之间。当溢出大数时，偏置误差型的Y的误差平均值为+1/2最低位。而非偏置误差型的Y的平均误差为0。

以上对数字微分分析器作了扼要分析，而MOS数字微分分析器还可以进行更高次积分与梯形积分等。

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