アナログスイッチとは
例えば、LED、電源供給、オーディオ信号のON/OFF切替やアナログ信号の切替など、回路にスイッチを挿入したいとき主にアナログスイッチが使われます。アナログスイッチは電気信号や電源ラインに直列に接続され、ON/OFFを切り替えることができます。機械的な接点をもつスイッチもありますが、ここでは半導体の回路で構成されるアナログスイッチについて説明します。
アナログスイッチの主なパラメーター
アナログスイッチはONの状態のとき、抵抗成分として振る舞い、さらに寄生容量も付加されるため、特に高速データ伝送ラインに使用する際には、信号の減衰に注意する必要があります。また、スイッチがOFFの状態でもリーク電流やノイズが少なからず伝わってしまう構造のため、アナログスイッチのパラメーターを理解しておくことで実際の回路設計を行う際に適切な部品を選択できたり、事前に対策をしておくことができます。
電源電圧
数V程度から100V以上の製品があります。またマイナス側電源には、GNDだけではなくマイナス電圧に対応したタイプもあります。
ON抵抗
MOSFETがONしているときのソース・ドレイン間の抵抗値です。電流がほとんど流れないアプリケーションの場合はON抵抗をあまり気にする必要はありませんが、電流をある程度流すようなアプリケーションの場合はこの抵抗での電力損失に注意が必要です。またAC信号を扱う場合や後段で信号を増幅するような場合など、このON抵抗が信号に影響を与える可能性がありますので注意が必要です。入力電圧によってnchおよびpchのON/OFF状態が変化し、それに伴ってON抵抗も変化するため、この点についても考慮する必要があります。
容量
入力端子から見える寄生容量値です。ICの物理的な構造に起因する寄生容量に加えて、MOSFETのゲート容量(CGDやCGS)に起因する寄生容量もあります。MOSFETはON抵抗を低くしようとするとゲート面積が大きくなりその分ゲート容量が大きくなるため、基本的にON抵抗の低さとゲート容量(寄生容量)の小ささはトレードオフの関係になります。高周波のアプリケーションではこの寄生容量が無視できなくなります。
チャージインジェクション
MOSFETの寄生容量(CGDやCGS)に貯まった電荷が、スイッチのON/OFFによって充放電され、信号ラインにスパイク電圧が発生します。低チャージインジェクションの製品を選ぶか、出力とGND間にキャパシタを接続するなどの対策をしてスパイク電圧を低減します。
リーク電流
スイッチがOFFの状態でMOSFETのソース・ドレイン間に流れるリーク電流です。リーク電流で少なからず損失が発生します。また、例えば後段にADCを接続している場合、リーク電流がアナログ信号に影響を与える可能性があります。リーク電流は温度や電源電圧によって変化します。
オフアイソレーション
スイッチがOFFの状態で入力信号が出力に漏れてくる大きさ。負のデシベル値で表現される。
チャネル間クロストーク
複数チャネルを持つ製品で、あるチャネルのAC信号成分が他のチャネルに漏れてくる大きさ。負のデシベル値で表現される。
その他
スイッチのON/OFF制御方式には、スイッチON/OFF端子を用いるものからI2CやSPI通信などのデジタル通信を用いる方式まであります。
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