2.2.3 多路转换器

多路转换器又称多路开关。在分时检测时，利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。为了提高过程参数的监测精度，对多路开关提出了较高的要求，例如，接通电阻很小，开路电阻很大，切换速度快，寿命长，工作可靠等。

1．多路开关的类型

多路开关有两类：①触点式开关，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器；②电子式开关，如晶体管、场效应管和集成电路开关等。

干簧继电器是较理想的触点式开关。其优点是接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较长，工作频率可达400Hz；缺点是由于剩磁的影响，有时会有触点吸合不放的现象。干簧继电器适合小信号、中速度的采样单元使用。

电子式开关的开关速度快，工作频率在1000点/秒以上，体积小、寿命长；缺点是导通电阻较大，驱动部分和开关元件部分不独立，影响小信号的测量精度。

2．多路开关的连接方式

多路转换器与公用放大器或A/D转换器的连接方式有3种。

（1）单端接法

单端接法是将所有输入信号源一端接至同一个信号地，然后将信号地与模拟地相连，如图2.4(a)所示。这种接法抑制共模干扰能力较弱，适合于高电平信号场合。

（2）差动接法

差动接法是模拟量双端输入、双端输出接到放大器上（见图2.4(b)）。这种接法的共模干扰抑制能力强，一般用于低电平输入，现场干扰较严重，信号源和多路开关距离较远的场合，或者输入信号有各自独立的参考电压的场合。

（3）伪差动接法

与单端接法不同的是模拟地和信号地接成一点，而且应该是所有信号的真正地，也是各个输入信号的唯一参考地（见图2.4(c)）。这种方法可抑制信号源和多路开关所具有的共模干扰，适合于信号源距离较近的场合。

3．集成多路转换器

目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同的功能和用途，如集成电路芯片CD4051（双向、单端、8路）、CD4052（单向、双端、4路）、AD7506（单向、单端、16路）等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。

现以常用的CD4051为例介绍多路开关的基本工作原理。该8路模拟开关的结构示意图如图2.5所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0～S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0～S7中的一路。例如，当CBA=000时，通道S0选通；…；当CBA=111时，通道S7选通。其真值表如表2.1所示。

当模拟量输入通道较多，使用一片多路开关不够用时，可以把多片多路开关连在一起，构成更多通道的多路开关。例如，利用两片CD4051组成的16路多路开关如图2.6所示。D3用来控制两个CD4051的，当D3=1时，经反相器变为低电平，使1#片被选中；反之，选中2#片。